光催化氧化法处理污水的研究_杨国营

11光催化氧化法在环境保护上的应用已引起世界各国高度重视,我国在这方面也加强了投资力度,其研究也不断见诸于报端[1]。随着人们环保意识的加强,解决这一问题越显急迫和重要。近几年来,光催化氧化法以成本低、无二次污染的突出优点,已得到人们的普通认可。选择高效的催化剂,摸索最佳的操作参数,寻求最佳的解决方案,提高污水中有机物的分解率是我们研究的目的,其在工业废水处理方面的应用潜力是巨大的。光催化氧化法就是利用半导体的特性,在光的照射下吸附光子起催化剂的作用,生成反应基氧化有害化合物,并使之矿化,把有害化合物分解为二氧化碳、水和无机盐。1光催化氧化反应的机理当用能量大于或者等于禁带宽度的光照射时,其价带上的电子(e-)被激发,跃过禁带进入导带,同时产生相应的空穴。光生空穴有很强的得电子能力,具有很强的氧化性,可夺取半导体颗粒表面的有害物的电子,使有害物得到氧化,而光生电子迁移到半导体微粒表面被氧化,进行氧化—还原反应[2～4]。以TiO2为例,反应过程如下:2.1半导体催化剂的选择由于二氧化钛具有较深的价带能级,带隙较宽(3.2eV),光催化活性最好,能使反应在光照射的二氧化钛微粒表面实现和加速,并且它的化学性能和光化学性能十分稳定,耐强酸强碱,耐光腐蚀,无毒性,因而选择TiO2作为光催化剂。2.2光催化反应器的设计分为聚光型反应器和非聚光型反应器。由于光催化反应是把光作为能源,这就要求光照强度必须大于或者等于其禁带宽度,即hγ≥3.2eV。所以,要根据实际中光源的情况选择反应器。我们从聚光效果出发,设计成抛物面槽式反应器,非聚光反应器设计成平板式或管式[5]。2.3催化剂的固定方法光催化剂的固定在光催化氧化反应中很关键,它直接影响反应的效果和去除有害物的深度,还关系着催化剂的回收,应根据反应器的形式固定催化剂,使之充分与液体接触,以前多数采用悬浮相光催化剂,但回收困难,现在采用浸渍—烧结法和化学气相沉积法的研究应用[6],使光催化剂的固定研究向前推进一步。2.4光催化氧化操作参数的确定光催化反应装置的选择光催化氧化反应中,操作方式的选择显得至关重要,可分为间歇式反应器和连续式反应器。间歇式反应器结构简单,操作方便,小量的实验室生产研究大多采用,但它的光催化剂回收困难,处理的物料量比较小。而Hofstadler等人研制的连续式反应器的应用则很好的解决了以上的不足[7],可以大批量的进行物料处理,其中固定相的催化剂和流动态的污水充分接触,达到净化的目的。光催化氧化法处理污水的研究杨国营(河北师范大学化学学院,河北石家庄050016)[摘要]论述了光催化氧化的反应机理,介绍了TiO2光催化剂在环境保护上的应用现状,讨论了半导体催化剂的选择、光催化剂的固定以及反应器的设计和操作参数的确定几个方面的影响因素,指出了目前研究的状况和今后的研究方向。[关键词]光催化氧化;二氧化钛;光催化剂;污水处理[中图分类号]X703.1[文献标识码]A[文章编号]1003-5095(2002)01-0011-02[收稿日期]2001-11-08[作者简介]杨国营(1962-),男,讲师,现从事应用化学研究工作。2光催化氧化进行中的影响因素杨国营:光催化氧化法处理污水的研究e-+O2·O2-H2O2+·O2-·OH+OH-+O2O2+H2O22H2O·H2O··O2-TiO2+hγ+hOH+h+++H2O+h+h+e-12河北化工2002年第1期向,它的潜力将是巨大的。[参考文献][1]魏子栋,殷菲,谭君,等.TiO2光催化氧化研究进展[J].化学通报,2001,64(2):76-79.[2]张淑霞,李建保,张波,等.TiO2颗粒表面无机包覆的研究进展[J].化学通报,2001,64(2):71-75.[3]莫非.太阳能消毒灭菌方法[J].新能源,1998,20(8):5-9.[4]邓慧华,陆祖宏.半导体TiO2光催化杀灭微生物的机理和应用[J].微生物学通报,1997,24(2):113-115.[5]韩兆慧,赵华侨.半导体多相光催化应用研究进展[J].化学进展,1999,11(1):1-10.[6]陈非力.太阳能光催化降解法去除水中罗丹明染料的研究[J].化工环保,1997,17(1):3-5.[7]HofstadlerK,BauerR,NovalicSetal.EnvironSciTechnol[J],1994,28(4):670.[8]孙京敏,田在峰.光催化氧化法处理有机污染物的应用[J].河北环境科学,2001,1(2):45-46.[9]李田,侯玲.光催化氧化饮用水深度处理研究[J].中国给水排水,1992,8(2):12.[10]陈士夫,赵梦月,陶跃式,等.光催化降解有机磷农药的研究[J].环境科学,1995,16(5):33-35.[11]刘刚