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1、纳米二氧化钛光催化剂在废水处理中的应用研究 第#卷第$期#纳米材料与应用+6.(B6=/716)GHII)1J6=1(.()*#+(*$,-./#纳米二氧化钛光催化剂在废水处理中的应用研究尹晓敏程永清西安4!西北工业大学理学院应用化学系，陕西摘要：纳米二氧化钛光催化氧化方法是近年来开展起来的新型水处理技术，具有绿色环保、适用面广、催化效率高等优点。文中主要综述了纳米二氧化钛光催化氧化技术在废水处理应用领域中所取得的研究成果，介绍了其光催化原理及技术特点，并对光催化技术的开展前景作了展望。关键词：纳米二氧化钛；光催化；有机物降解；废水处理!KL+M16(NB1.5AO+PK(.QNR1.QST/
2、I67=B/.=(UHII)1/V5C/B1?=78WXJC()(UXJ1/.J/W+(7=C/?=/7.Y()8=/JC.1J6)Z.1F/7?1=8WM16.4!中图分类号：M4半导体材料具有特殊高效的光催化性能，可$将光能转化为化学能，在环境保护尤其是废水处理方面具有广泛的应用前景。在众多半导体材料中，012#由于其具有催化活性好、稳定性强、无毒等优点，成为研究的热点。!34&年，567/8等人9!:报道了在紫外光照射下，纳米012#可使多氯联苯脱氯。这项开拓性的工作为光催化在降解水中污染物方面的开展奠定了一定的根底。!3;4年，?等人9#:利用012#对水中$种有机污染物进行处理，发现
3、最终产物是至今，人们已经发现有52#和A#2等小分子物质。收稿日期：#!012#光催化降解有机物的作用机理9$:012#是一种.型半导体材料，带隙能为$*#/。由于其特殊的能带结构，当波长小于$;4*%.B的光子照射到012#外表时，处于价带的电子就会被激发到导带上，从而在价带和导带上分别产生了高活性的光生空穴CD和光生电子。然而，激发态的电子和空穴又能重新复合。/ECF#012#CF或热CDD/E复合第0期1223年4月纳米科技空穴和电子具有很大的反响活性，在水或空气体系中，可与+(81外表吸附的918、89:离子以及81反响，生成具有强氧化性的羟基自由基。918;,;#89;9;89:;,
4、;#8981;):#81:181:;1918#19181;819181;):#89;89:可见，918、89:以及81均是抑制空穴:电子复合的有效物质，所产生的89和81:都是强氧化性的活泼自由基，可将有机物最终分解为二氧化碳、水和其他无机小分子。其反响机理为：有机污染物;8981;918;无机小分子比用+(81好，并且缩短了处理时间。在处理实际工业印染废水的应用中，K5L5M(等人?NA?OA提出了可以采用间歇延时曝气+(81光催化连用的过程，前期处理主要是针对降低废水的生物需氧量，而后期的深度处理那么主要到达进一步化P8B学需氧量的去除和脱色。8B15!51卤代衍生物废水有机卤代化合物是水
5、中最主要的一类污染物，虽然浓度很低，但却对人体健康具有极大的危害性。常规的化学法或生物法处理效果不佳，而光催化法在降解低浓度的微污染水方面显示出了较好的应用前景。早期，Q(-()和RC7S#$T?!2A?!A分别用纳米+(81粉末对卤代脂肪烃、卤代有机酸和卤代芳烃进行了光催化降解试验研究。近年来，环境工作者采用了多种方法提高+(81对水中卤代物的降解效果?!1A。日本东京大学野口真?!0A用纳米+(81光催化剂与臭氧联合进行水的净化处理，效果明显高于单独使用+(81和臭氧这两种方法。D(U)-等?!A向+(81悬浮分散体系中分别参加9181、V-80和VW8等氧化剂来提高紫外光照射下的纳米+(
6、81的降解效果，结果显对H氯、1H甲基苯酚R8示，W8:是提高降解效率最好的氧化剂。国内的姜焕伟等?!3A发现磁化+(81光催化耦合过程比单独使用+(81更能有效地去除水中微量的氯苯。李巧荣?!4A115!+(81光催化技术在废水处理中的应用降解废水中的有机污染物染料废水15!5!染料废水中含有大量有苯环、胺基、偶氮等基团的有毒有机污染物，一旦进入水体，会对环境和生态造成很大的危害。该废水色度深、浓度高、毒性大，难以在自然条件下或用生物化学法降解。目前，利用半导体光催化降解染料染色废水的研究非常活泼。罗洁等?A对+(81光催化氧化处理印染废水的可行性进行了试验研究，探讨了8BC去除率和脱色率随
7、时间的变化规律。另外有研究表利用超声波和9181辅助+(81光催化降解印明?3A，染废水对色度和8B的去除有较好的作用。蒋朝俊?4A将+(81引入多孔硅胶颗粒的外表，形成具有巨大比外表积、高分散性的光催化剂+D8，显示其对实际染料废水有较好的降解效果。对于不同染料的研究结果显示：锐钛矿型含量高以及粒径小的二氧化钛能较好地催化降解有机染料，不同结构染料的降解难易顺序为：酞菁类E蒽醌类E单偶氮类。同时还可利用各种改性手段来提高+(81光降解染料废水的能力。研究发现，用+(81FD(81复合半导体能够迅速降解GH4I染料，不仅能有效破坏染料中的发色基团，而且可以破坏染料分子中的芳香基团，到达完全降解
8、的目的。还可以利用金属银沉积改性+(81催化剂对染料废水生化处理后的出水进行深度处理?JA那么利用加热法改性天然金红石，发现其光催化活性有所提高，对三氯乙烯和四氯乙烯的降解率都在O3X以上，卤代烃根本上被破坏。15!50农药废水农药废水在光催化降解中，一般原始物质的去除十分迅速，例如，DH三嗪类物质能迅速光解，最终残留量小于!Y!2:J，降解产物是毒性很小的氰酸，易于无机化。研究?!JA发现，+(81降解农药废水主要是依靠光催化形成的89及811:的强氧化能力使吸附在催化剂外表有机磷农药中的RH8键或RHD键断裂形成R80:，从而被继续降解为81、在实际应用中，918和一些小分子有机物。光催化
9、工艺可以作为农药废水的后续处理方法?!NA，到达了理想的有机磷和8B去除率，并且达到国家工业废水的一级排放标准。用+(81还可以将光催化反响中最复杂的含氯有机物BB+中的氯完全脱除，到达降解目的。同时，大量研究事实说明，复合光催化剂可以在较短时间内迅速提高!，结果显示其处理效果第纳米材料与应用+;.(L;K/:8;)S9RR)8T;K8(.()*农药废水的降解效果。外表活性剂废水外表活性剂属于生物难降解物质，它的广泛使用，不可防止地对水环境造成了污染。许多研究说明，光催化氧化法可以将外表活性剂分解为12含油废水石油工业所产生的含油废水对水体和环境造成了严重污染。因此，人们一直非常关注这种不溶于
10、水且比水轻的油类及有机物的处理问题。纳米782其他有机废水随着光催化研究的不断深入，光催化氧化作为一种新型、有效的绿色环保技术已广泛应用到制药废水、造纸废水、含酚废水、垃圾渗滤液、生活废水等一系列废水的光催化降解处理。降解废水中的无机物污染物光催化反响处理无机污染物主要有光催化复原金属离子和光催化反响处理毒性阴离子或络阴离子，1:&B、3C以上。之后他们又利用掺杂DE!催化剂的复原作用，将毒性络阴离子F如1:#*!影响光催化反响效果的因素催化剂的性质晶粒大小、比外表积、晶型及外表态F如外表羟基、氧空缺G等因素对782穴的别离效率关系密切。当外表氧空缺F78#BG与外表羟基的量有一定的匹配时，二
11、氧化钛将表现出较高的光催化活性。#*光照条件对于半导体材料来说，要使价带电子发生激发跃迁，所需光照能量必须大于或者等于带隙能，因此，光源的波长越短，效率越高。J;KL;M4等比较了紫外光波长的影响，通过对两支!%N的低压汞灯F主波长的功率是低压汞灯的十几倍，但处理效果还不如低压汞灯。一般条件下，光照强度越高，效率也越高。O;P./L;.4和8.(QC(R;)4光强下，降解速率与光强成线性关系；中等强度的光强下，降解速率与光强的平方根存在线性关系。适当的光照时间有助于污染物的降解，在光照时间为!*%P左右，其分解率最高。另外，还有研究显示4，光催化效率还与催化膜的光照面积成正比。因此，制备负载型
12、782R3值水溶液的R3值能改变782第1223年4月纳米科技#$%&()*%(*+,*(-%&.&/0ALC5化学工业出版社J12215A:CA3CA4CAWCABC#&5物的降解有不同的最正确89值。因此，在实际水处理工作中，对最正确值89的探讨很重要。外表改性可以通过外表贵金属的沉积、金属离子的掺杂、半导体的光敏化和复合半导体等方法对纳米从而到达阻止,);1团聚，改善,);1进行外表改性，其在水中的分散性，抑制电子?复合体为例，,);1和?同时发生带间跃迁，由于导带和价带能级的差异，光生电子聚合在,);1的导带，而空穴那么聚集在?的价带，光生载流子得到别离，从而提高了催化剂的活性。外加氧
13、化剂和复原剂外加氧化剂;-&N&I*$(N&I0N*RA6C52-,3)61(3&13-&7/318&*#*9:J!HHWJAHC5G)JE5_5$&5T?b$%(*?,I*$NR*%N&OS0*)%/Z$N*K$N*IO&IY*7*A6C52-,3)61(3&13-&7/318&*#*9:;A!2CZ).*6L$N)%N5S*b*.&8R*%N&O$NI7(N7I*VI*$(N)b)N0Y*.$N)&%-)8O&IN-*M-&N&-0?I&.0)&O7N)N7N*?TI&R$N)(9$.)?*A6C5%&()*&$61(/318&*#J!HH1J14!X1!4、D;:好的电子捕获剂，能不同程
14、度地提高电子A!1CA!CMI7?*%N5T5GS*/I$?$N)&%&O-&I&O&IR0M-&N&$)N*?9*N&I/*%*&7$N$.0)%S)7N*TU7*&778*%V)&%&O,);1A6C5%&()*&$61($/318&*#J!HB,$-$LJc.VL&I)JZ*I*N$.JM-&N&($N$.0N)(S*/I$?$N)&%&O!J!2VS)(-.&I&?$($%*)%TU7*&778*%)&%&O,);1XTY*$(N)&%&OT?&I*?-.&I)%$N*?T.d$%*K)N-7IO$(*90?I&F0.Y$?)($.A6C5%&()*&$61($/318&*#51222
15、J:结语纳米二氧化钛的光催化氧化法是一项绿色环A!黄汉生5日本,);1光催化剂的应用进展A6C5工业用水与废水J122!J5DIR$dJce7b7I$%J3,-#JS*/I$?$N)&%&O:V(-.&I&V1VR*N-0.8-*%&.)%TU7*&7&.7N)&%0fgDII$?)$N)&%)%N-*MI*%(*&O,)N$%)7RS)&F)?*A6C5=#(37+-,-#:5(5!?%&()*&.3&,-#J122:3:XB3保、有广泛应用前景的水处理新技术。但是就目前而言，这种技术仍处于实验室阶段，没有形成大规模的工业化和商业化。其关键原因在于光源的利用效率、催化剂的活性、反响器的设计和
16、有机物降解规律研究等。同时，光催化技术与其他多项工艺联合使用也是当今水处理领域的开展方向。参考文献A!C$I*069JG$KI*%(*6J,&)%*9L5M-&N&?*(-.&I)%$N)&%&OMPQ)%N-*MI*%(*&O,)N$%)7RS)&F)?*)%TU7*V&778*%)&%A6C5!L$NN*KYZ5M-&N&V;F)?$N)&%&O;I/$%)(L$N*I)$.)%TU7*&778*%)&%&O,)N$%)7RS)&F)?*A6C52-,3)435J!HH2J1:3X43高濂J郑珊J张青红5纳米氧化钛光催化材料及应用A!3C姜焕伟J王郁等5磁场对,);1光催化降解水中微量氯苯
17、的影响A6C5华东理工大学学报J122A!4CA!WCA!BC李巧荣J鲁安怀5天然含钒金红石降解卤代烃实验研究A6C5岩石矿物学杂志J122张延青J谢经良5微碱解A!HC张天永J赵进才5染料及外表活性剂的太阳光催化降解A6C5天津大学学报J122!第#卷第$期#%&年月1#%2纳米材料与应用,5/)C50475*b37)/()*+#,)+$-./0#%&345/5-+60*75/-38+97:#;)?55*A7A5A5B047549405C0/)D,5.45*94050EF5A0G5041-2+!1#I21#O2T0C7?)/E.?)49=7/Y7*CA1-2+235(0*316()-6,3*
18、$H!MM&H#MJ$KLO顶峰H王伯勇+97:#在不同基质上光催化活性的比拟1-2+工业水处理H#%!H#!JIKL#N#I+T5/E45_)C0AE06)450AHS0/5)T5/?=0AY40740H,0*A)/.45/+V0U45E57)/3/E)7?7S0E.7)/)D907*0DD*.0/aP)Ca7/0EZ=)?55*7?5/E:;R)/57)/Z4)?0AA1-2+!,-.*75/UB7H_)/U.5/B.+Z=)?55*7?8E4)U0/_0/0457)/5/EV0?)C7)/)D:5*7?3?7E:W04Z*57/7R0E97:#1-2+7/$(-+!#%!H#!作者简介尹
19、晓敏，女，硕士研究生，主要从事环境材料!MO!N及环境保护方面的研究。程永清，男，副教授，主要从事环境材料及环境保护方面的研究。1#!21#2鲁秀国+二氧化钛光催化复原P4J!K的研究1-2+河北大学学报H#%H#%J!KL$N$郑道敏H方善伦H王建华H等+纳米二氧化钛光催化氧化法降解,5P,水溶液的研究1-2+中国粉体技术H#%#HOJ1#$2陈小泉H古国榜+以钛氧有机物为前驱物制备具有高光催化活性的纳米二氧化钛晶体H催化学报H#%#H#$J1#1#&2X5=/0C5/VF+60?=5/7ACA)D:4U5/7?945/AY)4C57)/A)/T0C7?)/E.?)Z547?*0A1-2+1
20、*$23-041#2(7/)EU)/=5/?00ES50A)DZ=)?55*7?V0U45E57)/)D5/3R)V0A7/UT/:#a:#P).上接ZM$在钢结构防火涂料中参加纳米T7:#可以延缓涂料的老化进程，保持钢结构防火涂料防火性能的稳定。参考文献1!21#21$2图涂料的老化对耐火性能的影响1肖新颜，涂伟萍+膨胀型防火涂料阻燃机理研究1-2+华南理工大学学报，!MMO，#!#LIINO#+汪斌华，黄婉霞等+纳米T7:#的光学特性研究1-2+材料科学与工程学报，#%$，#!5/E)*5XH8)44)?cA3S+P)C7)/7/Y*5C0;4054E0EY7a40;7/.C0A?0/P)
21、Ca7/57)/A+1-2+Z)*C04V0U45E57)/5/ET5a7*7H!MMH&_X!I;!MM&色漆和清漆涂层老化的评级方法+钱建华，程贞娟等+纳米97:#、T7:#;的紫外屏蔽性能分析及其在聚酯中的应用1-2+浙江工程学院学报，#%!，!O#L&NO+作者简介咸才军，博士，高级工程师，北京首创纳米科技开展有响了膨胀碳层与钢材的附着力，使碳层在燃烧过程中容易脱落从而失去对钢材的保护。而纳米T7:#的参加屏蔽了大局部紫外光，延缓了涂料的老化进程，使钢结构防火涂料能够长时间的保持稳定的防火性能。$结语在钢结构防火涂料中添加适量的纳米T7:#!限公司首席专家。从事新型环保建材及材料外表技术研究，目前主要从事纳米材料外表改性技术以及在高分子材料中的应用技术研究，致力于开展纳米材料产业。发表数十篇文章，出版专著一部，授权&项相关领域国家创造专利。将有效提高其耐火极限，而过多的添加那么会降低其耐火极限；#将纳米T7:#添加到钢结构防火涂料中可以屏蔽大局部紫外光，提高涂料的抗老化性能；!百度搜索“就爱阅读,专业资料,生活学习,尽在就爱阅读网92to ,您的在线图书馆