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1、环境治理光催化氧化技术研究进展 摘要光催化氧化技术是一种能有效利用太阳能的绿色技术。因其具有降解效率高、操作简单、无二次污染、可直接利用太阳光等特点，在光解水制氢、处理大气污染物和废水污染物等环境治理方面有着非常广泛的关注度。本文从光催化氧化技术应用的三大方面进行了阐述，并瞻望了光催化技术的发展趋势。关键词光催化技术；降解；环境治理近些年来，光催化氧化技术作为一种环境友好型的绿色技术，能高效利用太阳能治理环境问题，同时具有较好的热稳定性和化学稳定性，在环境日益污染严重且能源短缺的现有情况下，被广大研究者以为是缓解能源危机、解决环境问题的可持续发展的方法之一1。1972年，自日本科研人员Fuji
2、shima和Honda研究发现采用二氧化钛光解水的原理后，初次提出光催化氧化技术以来，光催化氧化技术开场遭到全球研究者的广泛关注。2光催化氧化技术的原理光催化氧化技术是利用光反响和催化反响协同作用的光化学经过。在太阳光(外加光源)的照射下，主要是利用外表具有强氧化复原性的光催化材料(一般选择采用半导体光催化材料)与污染物发生反响，到达光催化氧化的目的，可实现光解水制氢、处理大气污染物和废水污染物等经过2。根据电子能带的相关理论，半导体光催化材料的能带可分为低能价带(VB)和高能导带(CB)，价带和导带之间我们称为禁带，其宽度即叫做禁带宽度(Eg)。一般以为，外界光源照射反响体系时，禁带宽度小于
3、或者等于被照射的光子能量，电子(价带上)被激发而产生跃迁后，在价带上留下了空穴，组成了大家熟知的电子-空穴对。由于电场的作用，电子和空穴经过分离，到达光催化材料的外表，复原性的电子，与体系中的溶解氧反响生成超氧自由基(O2-)、羟基自由基(HO2)以及过氧化氢(H2O2)等，而氧化性的空穴，与H2O和OH-反响生成羟基自由基(OH)等活性基团，这些活性基团通过降解矿化有机污染物，最终降解为无毒无机的二氧化碳和水。一般情况，光催化氧化技术原理的主要反响经过为:3光催化氧化技术在大气污染治理中的研究环境中的大气污染物主要来自于化工石油行业气体的排放，机动车尾气和人为活动等。基于光催化氧化技术的优点
4、，越来越多的研究者们选择采用该技术来处理降解气态污染物，使得有害气体顺利转化为无害气体，到达去除污染物的目的3。研究发现，王淑勤4等采用Co-Ce共掺杂TiO2作为光催化材料，对浓度为762g/m3的NO可见光催化效率高达92.69%；罗颖基5等发现制备出的TiO2/GO复合材料，分别与纯的二氧化钛和氧化石墨烯相比拟，明显加强了光催化处理VOCs的能力；吕鲲6等总结分析了光催化氧化技术对一些典型大气有机污染物、氮氧化物、硫化物以及二氧化碳等有较高的去除效率，以二氧化钛为例，去除率一般能到达80%99%之间；周文君7等制备复合光催化材料CuO-Ti3+/TiO2(Cu-TiMB)，对其在可见光条
5、件下气相甲苯净化催化性能进行了研究。通过对实验结果分析，该方法制备的CuO-Ti3+/TiO2(CuTiMB)复合光催化材料对甲苯具有较好的催化活性。4光催化氧化技术在光解水制氢中的研究光催化分解水制氢主要是光能转化为化学能的一种经过。在光催化分解水制氢经过中，跃迁到光催化材料外表的电子通过复原氢离子而产生氢气8。需要注意的一点是，光催化材料的导带位置必须与水的复原电位相匹配，一定要构成光催化材料导带的最上层能级比水的复原产氢电位()更负，才能顺利产氢。研究表明，李和川9等研究制备金属有机大环Ni2(L2)2(CH3CN)4(ClO4)44CH3CN，在可见光照射下的光解水产氢TON值能够到达
6、3100molH2molcat-1；杨林林10等成功合成氧杂蒽染料修饰钴-硫脲配合物，与配合物相比拟，提升了体系的催化活性，其产氢TON值能够到达2800molH2molcat-1；张晶晶11等采用In2O3/ZrO2-TiO2空心球复合材料产氢，结果表明其具有较好的产氢效果，在八小时内可到达56.7mol/g。5光催化氧化技术在水污染治理中的研究光催化氧化技术对于处理废水污染物来讲，是一种高效节能的绿色技术。在深度处理工业废水、制药废水和染料废水等含有多种难降解物质的废水中，相较于传统的废水处理方法，具有高效性和可循环利用性等优势，可将难降解有机污染物完全矿化为二氧化碳和水12。研究发现，杨
7、国军13等采用逐次插层氧化石墨烯的方法成功制备了Ag/AgBr-TiO2/GO复合光催化材料，光照20min后甲基橙的降解率可达92%以上；王家强14团队设计了一套光催化处理设备，用来处理60t/d的医疗废水，经自主设计的光催化撬装设备处理后，COD、氨氮等主要指标均达标，对类大肠菌群去除率高达99%；李瑶15等合成了Cu-TiO2/白云母复合纳米材料，经过对20mg/L的的亚甲基蓝光催化1h后，亚甲基蓝完全被降解；王竹梅16等采用水热法合成制备了NiO/TiO2复合纳米管，相对于纯二氧化钛，对甲基橙的去除率提升了88.6%；张晶17等模拟日光光源，Sb2WO6/g-C3N4作为光催化复合材料
8、，经60min光照后，对RhB的去除率可达99.3%；张晓君18等发现AgI/Ag3PO4-10%复合光催化材料较纯的光催化材料，在光催化效率和稳定性方面具有明显的提高，在可见光照射一小时后，对罗丹明B降解率可到达99%。6光催化氧化技术的瞻望根据上述所知，光催化材料在外界光源的照射下，通过将光能转化为化学能，进而产氢或去除有机污染物。但是，可见光辐射仅占太阳光辐射的47%，研究制备的光催化材料中只要部分是在可见光区域有响应的。因而，假设我们想尽可能有效的利用太阳光，那么就亟待开发高效的可见光响应型光催化材料，这在光催化氧化技术研究进程中具有非常重要的意义。在研究经过中发现，光催化材料在使用一次之后可能会出现失活的现象。换言之，部分已研发的光催化材料在反响经过中非常不稳定，这极大的限制了光催化氧化技术的进行。我们需要寻找开发具有较好的稳定性和循环利用性的光催化材料，以便于反响的持续进行。综上所述，寻找一种或多种高效稳定的可见光响应型光催化材料迫在眉睫。光催化氧化技术的发展空间是宏大的，研究者们能够为该技术进一步发展做出更多的努力，不断改革创新，促进生态环境的可持续发展。