纳米光电催化污水处理技术应用与产业化对策建议_罗贞礼

41AdvancedMaterialsIndustry纳米光电催化污水处理技术应用与产业化对策建议◇特约记者/罗贞礼在当今世界性环境污染问题越来越受到各国政府重视的情况下，利用纳米技术进行环境治理已经成为各国高科技竞争中的一个热点。传统的水处理方法效率低、成本高、存在二次污染等问题，污水治理一直得不到好的解决，而纳米光电催化污水处理等新的纳米技术很可能会彻底解决这些难题，由此也决定了纳米技术推广应用的必要性和重要性。纳米光电催化污水处理技术应用是一个复杂的系统工程，从技术角度来说，需要纳米晶氧化物电催化水处理技术、类似n型半导体纳米光催化材料技术方面的研究，也需要依托纳米光电催化新材料开发新的污水处理工业技术等应用环节的研究；从产业化发展的角度来看，在纳米光电催化污水处理等纳米新技术的产业化初始阶段，虽然面对一个无比庞大的水处理市场，但需要巨额投入，其带来的初始投资效益会相对较低。因学科的交叉与渗透，需要构建纳米污水处理技术产学研合作平台，只凭企业的力量还远远不够，也不能仅仅依靠市场机制自发推进，更需要国家产业政策的引导和扶持。▲在当今世界性环境污染问题越来越受到各国政府重视的情况下，利用纳米技术进行环境治理已经成为各国高科技竞争中的一个热点42新材料产业NO.92009一、纳米光电催化污水处理工艺及技术特点1．工艺特点污水处理工程就是通过一定的工业手段，将随水流失的工业生产用料、中间产物和产品以及生产过程中产生的污染物控制在一定量以下，从而保证排水的安全达标。从产业化角度看，污水处理的关键性工艺流程一般分为3个步骤：悬浮物去除、降解有机物、深度处理。笔者最近就纳米催化污水处理工艺问题深入相关知名企业进行了专题调研，纳米光电催化污水处理工艺的主要特点，就是在传统污水处理工艺基础上，将纳米晶氧化物涂层电极电催化技术和纳米光催化技术进行结合并发挥其协同效应，形成多级污水处理综合工艺，其典型工艺流程见图1。该工艺从污水中所含有的污染物研究出发，重点针对难降解污染物采用不同的综合处理工艺进行深化处理，具有低能耗、无二次污染、硬件投入低、操作维护简单、可完全实现自动控制等特点，易于推广应用。2．技术特点纳米光电催化污水处理技术包括纳米光催化氧化水污染治理技术和纳米晶氧化物电催化水处理技术。纳米光催化氧化法是一种新型的水污染治理技术，如果从机理进行分析，一般认为，光催化活性是由催化剂的吸收光能力、电荷分离和向底物转移的效率决定的。TiO2作为半导体，易被激发出或得到电子，电催化过程中可以在水中产生羟基自由基等，是迄今为止应用最为广泛的、理想的光电催化剂。以纳米TiO2薄膜为催化剂的高催化活性、耐水洗、耐冲刷的特种光催化氧化水处理技术，在水中产生氧化能力很强的羟基自由基来氧化水中污染物，最终生成CO2、H2O和其他无机离子，这种技术对难降解的人工合成有机物有较好的处理效果，是一种具有开发潜力的水污染处理技术，其技术特点主要有：（1）由于光催化剂是在室温下使用的，不需要高温源，仅需UV光源和光催化剂，具有节省能源和安全的特点；（2）光催化剂具有很强的杀菌能力，几乎可以杀灭所有的细菌，如大肠杆菌、绿脓菌、葡萄球菌、霉菌、化脓菌、白藓菌等，以TiO2的超氧化能力破坏细胞的细胞膜，使细菌质流失造成细菌死亡；对病毒也具有很强的杀灭能力，凝固病毒的蛋白质，抑制病毒的活性，并且捕捉、杀灭流体中的浮游细菌，其能力高达99.0%；（3）光催化剂在紫外光的作用下具有彻底分解有机物的能力，可以分解几乎所有的有毒有机物，其净化产物是CO2和水，不会产生副作用，因此可以净化水中的有害有机物；（4）光催化剂本身具有无毒，无污染，卫生安全以及效率高，寿命长，装置简单，维护容易，运行费用低等优点。纳米晶氧化物电催化水处理技术主要是利用电催化原理对水进行电化学处理，通过电催化过程中产生的氧化性极强的羟基自由基与有机物之间的加合、取代和电子转移等使污染物矿化，使污染物在电极上发生直接纳米晶氧化物电催化反应或间接纳米晶氧化物电催化转化，即直接电催化反应和间接电催化反应，同时具有物理电气浮作用，可以去除多种污染物，具有易建立密闭循环和无二次污染等优点。所谓电气浮作用，就是指在电催化过程中产生的大量H2、O2、Cl2等气体在污水中上浮过程中，形成微小的气泡，电气浮气泡在上浮过程中能有效的截获水中的悬浮物颗粒、油类物质等，可以大大降低后续处理负荷、减少图1纳米光催化及电催化污水处理工艺通用流程图附加加药池附加加药池纳米光催化污水处理反应器nsight透视I43AdvancedMaterialsIndustry污泥，提高水的可生化性，为进一步处理打下良好基础、提供稳定保障。二、纳米光电催化污水处理技术应用1．主要应用领域水是自然界中宝贵的自然资源，是人类赖以生存与发展的必要条件，然而随