TiO_2光催化处理废水中贵重金属的研究进展_李川

TiO2光催化处理废水中贵重金属的研究进展李川古国榜柳松(华南理工大学应用化学系,广州510640)摘要概述了TiO2光催化处理废水中贵重金属的原理、影响因素及应用研究。影响光催化处理水相中金属的因素包括TiO2的晶型、粒径和比表面积、TiO2的用量、改性剂、光源与光强、金属离子、溶液pH值、O2、空穴捕获剂、阴阳离子、固定化及光反应器。叙述了采用光催化法除去单一金属离子(Cr(Ⅵ)、Hg(Ⅱ)、Cd(Ⅱ))、选择性分离回收多种贵金属以及耦合协同处理金属与有机污染物。最后,指出了存在的问题及今后的研究趋势。关键词光催化废水贵重金属ProgressintreatmentofheavymetalsandpreciousmetalsinwastewaterbyTiO2photocatalysisLiChuanGuGuobangLiuSong(DepartmentofAppliedChemistry,SouthChinaUnivesityofTechnology,Guangzhou510640)AbstractAreviewwasgivenforprinciples,parametersandapplicationoftreatmentofheavyandnoblemetalsinwastewaterbytitaniumdioxidephotocatalysis.Parametersincludecrystalconfiguration,sizeandspecialarea,dosageoftitaniumdioxide,modifier,lightanditsintensity,metalions,pH,O2,holescavenger,othercationsandanions,immobilizationandreactor.Themethodoftreatmentofindividualmetalions(Cr(Ⅵ),Hg(Ⅱ),Cd(Ⅱ)),selectivelyrecoveryofnoblemetalsandsynergisticinteractionbetweenremovalofmetalsanddegradationoforganicwastesbyphotocatalysiswereshown.Atlast,existingproblemsandfurtherinvestigationswerepointedout.Keywordsphotocatalysis;wastewater;heavyandnoblemetals收稿日期:2003-01-17;修订日期:2003-05-28作者简介:李川(1970～),男,湖北监利人,博士研究生,主要从事高级氧化和环境生物技术的研究工作。通常,处理废水中贵重金属离子的方法有:混凝法、中和法、电解法、氧化还原法、萃取法、吸咐法、沉淀法、离子交换法、膜分离法、洗脱法及电渗析法等[1,2]。这些方法各有它们的优点和缺点,均能起到一定的效果。但是,在处理来源及组成复杂和低浓度金属废水时,它们就显得低效,甚至是无能为力。在这方面,半导体多相光催化技术就显示出它的应用前景。光催化处理废水中金属离子,包括光催化除去重金属离子和光催化回收贵金属。本文综述了这方面的研究进展。1TiO2光催化还原金属离子的原理1.1基本原理TiO2吸收光子后,价带上的电子被激活,跃过带隙,进入导带,同时在价带上产生空穴。光生电子和空穴能在n×10-12s时间内,在半导体颗粒表面或体相中复合;也可以与吸附在颗粒表面的供体/受体发生氧化/还原反应。依据反应体系的条件,受体可以是质子、水、溶解氧或金属离子。当受体是体系中具有适宜电位的金属离子时,该金属离子接受电子还原成低价态的离子或原子,水或其他有机物则被价带上的空穴氧化[3]。1.2TiO2光催化除去金属离子的机理光催化除去金属离子的机理,还不十分清楚。可能存在3种机理[2,4]:①光生电子直接还原金属离子;②间接还原,即由空穴先氧化被添加的有机物(空穴捕获剂),然后由产生的中间体来还原金属离子;③氧化除去金属离子,如Pb(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)和Ti(Ⅰ)。第4卷第11期环境污染治理技术与设备Vol.4,No.112003年11月TechniquesandEquipmentforEnvironmentalPollutionControlNov.20032通过改性提高TiO2的光催化活性通过改性,减少光生电子和空穴的复合几率,提高太阳光利用率,进而提高光催化剂的活性。目前,在处理废水中金属离子时,对TiO2改性的方法包括表面桥联含富电子基团的有机物和表面沉积贵金属。2.1表面桥联含富电子基团的有机物在TiO2的表面桥联含富电子基团的有机物,能够提高TiO2颗粒对金属离