纳米级二氧化钛光催化氧化技术的研究

20f纳米级二霸化钛光催化霸化技术的研究赵毅，许勇毅，赵莉，韩静(华北电力大学环境科学与工程学院，河北保定071003)摘要：本文阐述了Tio光催化剂的光催化机理及其在有机废水处理等方面的研究进展。并提出了Tio光催化氧化同时脱硫脱氮的研究设想。关键词：Tio光催化剂；羟基自由基；光催化；难降解污染物中图分类号：x122文献标识码：B文章编号：1006-5377(2005)09-0020—02StudyonPhotocatalysisandOxidationofNanogradeTiO2ZHAOYi，XUYong-yi，ZHAOLi，HANJing光催化氧化处理污染物是一种新兴的技术，其中纳米TiO，光催化应用技术工艺简单、成本低廉，利用自然光即可催化分解细菌和污染物，具有高催化活性、良好的化学稳定性和热稳定性、无二次污染、无刺激性、安全无毒等特点，且能长期有益于生态自然环境，是具有开发前景的绿色环保催化技术之一。此外，由于颗粒的细微化，纳米材料还具有块状材料所不具备的表面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。1TiO，的光催化机理半导体的能带结构通常是由一个充满电子的低能价带和一个空的高能价带构成，它们之间的区域称为禁带。禁带是一个不连续区域。当能量大于或等于半导体带隙能的光波辐射此半导体催化剂时，处于价带的电子(e)就会被激发到导带上，价带生成空穴(h)，从而在半导体表面产生具有高度活性的空穴／电子对。TiO，的带隙能为3．2ev，相当于波长为387．5rim光子的能量，当TiO，受到波长小于387．5rim的紫外光照射时，处于价带的电子就会被激发到导带上去，从而分别在价带和导带上产生高活性的光生空穴和光生电子。在电场的作用下，电子与空穴发生分离，迁移到粒中国环保产业2005．9子表面的不同位置。热力学理论表明，分布在TiO，表面的空穴可以将吸附在其表面的OH一和H，O分子氧化成·OH。而电子(e一)具有很强的还原性，可使得TiO，固体表面的电子受体如O，被还原。O，既可以抑制光催化剂上电子和空穴的复合，提高反应效率，同时也是氧化剂，可以氧化已经羟化的反应产物，是表面羟基自由基的另一个来源。缔合在Ti表面的·OH的氧化能力是水体中存在的氧化剂中最强的，能够氧化大部分的有机污染物及部分无机污染物，将其最终降解为CO，、H，0等无害物质，并且对反应物几乎无选择性，因而在光催化氧化中起着决定性的作用。从理论上说，只要半导体吸收的光能大于等于其带隙能，就能被激发产生光生电子和光生空穴，该半导体就可以作为光催化剂，但从实际来看，一个具有实际应用价值的半导体光催化剂必须具有化学稳定性、光照稳定性、高效性和选择性及较宽的光谱响应，同时还要考虑到材料成本和光匹配性等因素。2TiO光催化氧化处理有机污染物的研究进展TiO，具有无毒、催化活性高、光化学性质稳定以及抗维普资讯http://www.cqvip.com氧化能力强等优点，是光催化氧化法中常用的催化剂，其催化活性与催化剂的粒径、表面状态及晶型等因素有关，同时TiO，还可通过贵金属及金属氧化物、金属离子掺杂、复合半导体、外加电场等方式来提高光催化降解的效率。Jenks实验组研究了在TiO，悬浮液中4一氯苯酚的光解过程，发现4一氯苯酚在光催化作用下降解很彻底，最后可开环矿化为H，O、CO，、C1一等无机小分子化合物；Lgldo等人考察了4一硝基苯酚在TiO，(锐钛矿型)／TiO，(金红石型)光催化剂作用下的降解过程，并与TiO，(锐钛矿型)／A1，0进行了比较，发现两种催化剂都有活性，而且它们的潘}生随锐钛矿型TiO，含量的增加而提高；TiO，负载Pt后能将有机磷杀虫剂光催化降解的速率提高4．5～6倍。3TiO2光催化氧化法处理一般工业废水目前的水处理转化方法大多是针对排放量大、浓度较高的污染物，对于水体中浓度较低、难以转化的优先污染物的净化效果较差，而新兴的光催化降解技术却成为解决这一问题的一个很好途径。大量研究表明，该法可用于处理各种染料废水、农药废水、表面活性剂废水、含油及含各类卤代物(如氯仿、四氯化碳、氯代苯酚、氟里昂等)废水。张新容等研究采用纳米TiO，、SiO，负载复合光催化剂，利用其光催化活性及高效吸附l生，能使有机磷农药在其表面迅速富集，随光照时间的延长，有机磷农药的光解率逐渐升高，从而达到有效处理有机磷农药废水的目的；Laura等研究了TiO，催化剂与O协同光催化苯胺，结果显示在TiO，与O的协同作用下，96％的有机磷被去除；日本东京大学野口真用纳米TiO，光催化剂与O联合进行模拟废水中3一氯酚的净化处理；尹晓红以TiO，为光催化剂进行了光降解4BS染料废水的研究，均取得了良好效果。4紫外光照射下TiO脱硫脱氮的研究烧结后的TiO，粉末具有相对高的比表面积，这