光催化氧化处理废水的研究概况

综述专论化工科技,2010,18(5):59~61SCIENCE&TECHNOLOGYINCHEMICALINDUSTRY收稿日期:2010�06�10作者简介:沈兆存(1989-),男,山东日照人,青岛大学在读硕士,主要研究功能高分子材料。**通讯联系人。*基金项目:国家自然科学基金资助项目(50903045)。TiO2光催化氧化处理废水的研究概况*沈兆存,李昌峰,沈兆欢,刘英军,孙�瑾**(青岛大学高分子材料研究所,山东青岛266071)摘�要:TiO2光催化氧化法降解废水是目前废水处理方面的热点,为彻底解决废水处理问题提供了新的手段。综述了TiO2光催化氧化降解废水的反应机理、影响因素及提高光催化效率的途径。同时,指出了光催化降解废水技术需要进一步解决的问题。关键词:TiO2;废水处理;光催化氧化中图分类号:X52��文献标识码:A��文章编号:1008�0511(2010)05�0059�03��TiO2光催化氧化技术能够彻底氧化降解废水中的有机污染物,是一种环境友好型绿色水处理技术。1976年,Carey[1]等发现,在TiO2光催化剂存在的条件下,多氯联苯、卤代烷烃等可发生有效的光催化降解。这一研究成果使人们认识到半导体催化剂对有机污染物具有矿化功能,同时也为治理环境污染提供了一种新方法。国内大量的研究结果也表明,光催化氧化法能对废水含有的难降解物质起到一定的去除作用。阐述了TiO2在光催化氧化处理废水方面的研究现状,并对其应用前景做了展望。1�TiO2光催化氧化反应机理有关TiO2光催化氧化降解废水作用机理,目前比较成熟的是基于半导体能带理论的电子�空穴作用原理见图1。图1�半导体能带理论电子�空穴作用原理TiO2粒子含有能带结构,分为导带和价带,它们之间的能量范围称为禁带。当入射光(�<387nm)的能量大于TiO2禁带宽度(3.2eV)时,其价带上的电子就会被激发,越过禁带进入导带,这样就会在导带上产生高活性电子e-,同时在价带上产生相应的空穴h+。光生电子具有很强的还原能力,而光生空穴具有很强的氧化能力,它们可迁移到半导体表面与水分子和溶解氧反应,使水分子失去电子产生了氧化能力很强的�OH基团,溶解氧产生�O-2,这些高活性的基团可以参与和加速氧化还原反应的进行,从而氧化废水中的有机物,并最终使之矿化为水、CO2或其它小分子化合物,从而减少对环境的污染。2�TiO2光催化氧化反应的影响因素TiO2光催化氧化降解体系中,影响光催化降解速率的因素主要有催化剂粒径与用量、光源和光强、溶液酸碱性和外加氧化剂(常用的有O2和H2O2)等,它们对反应效率的影响程度和影响方式各不相同。2.1�TiO2催化剂粒径与用量随着晶粒粒径的减小,分立能级增大,其吸收波长变短,光生电子比宏观晶体具有更负的电位,相应的表现出更强的还原性。孙奉玉[2]等人发现当TiO2粒径小于16nm时,具有明显的尺寸量子效应,当粒径从30nm减少到10nm时,光催化降解苯酚的活性提高近45%。由于其粒径小,空间电荷层的影响可以忽略,电子�空穴对从TiO2体内扩散到表面的时间大大缩短,到达表面的数量也增多,电子�空穴对复合的机率小,光催化活性高。TiO2用量,目前一般认为投加量在2~4g/L较合适[3]。2.2�光源和光强由于TiO2的禁带宽度为3.2eV,所对应的波长为387.5nm,所以只有波长小于387.5nm的入射光才能使其激发产生具有活性的电子e-和空穴h+。紫外光强度越强,光源发射的光子量越多,更易推进光催化反应进行。Benoit�Mar�quie等[4]比较了高强度的氙灯与低强度的汞弧灯对丁醇和丁胺转化率的作用,结果表明使用氙灯后,丁醇转化率由50%上升到80%,丁胺由30%上升到60%。刘春等[5]利用浅塘型反应器研究TiO2光催化氧化处理制浆造纸漂白废水,结果表明:当反应器A/V比值恒定保持在1.14cm2/mL时,光照强度从25W/m增加到50W/m,降解速度常数值从0.3868h-1提高至0.8834h-1。2.3�溶液酸碱性溶液pH值的变化会影响TiO2的能带位置及表面电荷性质。孙广垠等[6]研究pH值对染料分子COD去除率和脱色率的影响,发现pH越低处理效果越好,结果见表1。这主要是因为TiO2在不同pH的溶液中其电势不同。王星敏等[7]的研究发现,在低pH时TiO2的电势为正,有利于其吸附带负电荷的有机基团,由于染料溶于水后都大多呈带色的阴离子基团,因此用TiO2光催化氧化法深度处理印染废水适合在酸性条件下进行,建议pH为6.0。表1�pH对COD去除率和脱色率的影响pH45678910COD去除率/%67.464.654.952.044.341.236.8色度去除率/%87.574.272.171.069.162.254.