TiO2光催化氧化处理废水存在的问题和改进方案

·14·工业安全与环保2010年第36卷第1期IndustrialSafetyandEnvironmentalProtectionJanuary2010TiO2光催化氧化处理废水存在的问题和改进方案孙云雪魏娜金鑫苏敏马双忱(华E电力大学河北保定071o03)摘要结合n02光催化氧化技术的基本原理，讨论了该技术在废水处理过程中存在的主要问题以及改进的方案。可以预见光催化氧化将是一种非常有效的处理技术，为彻底解决废水处理问题提供了新的手段，在环境污染治理方面具有广阔的应用前景。关键词废水处理光催化氧化n02ProblemsExistedinWastewaterTreatmentbynozPhotocatalylicOxidationandtheImprovementMeasuresSUNYunxueWEINaJINXinSUMinMAShuangchen(NorthCh／naE／ear／cPower踟曲。Hebei071003)AbstractThispaperdiscussesthemainproblemsandimprovementnM：a团卫．esintheprocess0fwastewatertreatmentcombiningthebasicprinciplesofTi02phot~atalytlcoxidation．8technologywillbeo~lekindofIlig}dyefectivetreatingmethod，providingnlearIgforwastewatertleamlent，soithasbroadapplicationprospectsinenvinmmentalpollutioncontro1．KeyWordswastewatertreatmentphotocatalyt／coxidationtitaniumd／oxide0引言光催化氧化技术是一种环境友好型绿色水处理技术，它能够彻底氧化降解废水中的有机污染物。该技术是利用易于吸收光子能量的中间产物首先形成激发态，然后再诱导引发反应物分子的氧化过程⋯。1972年FujishimaA和I-Iongd~K在(Nature)上发表了关于在02电极上光解水的论文，这是多相光催化氧化研究开始的标志之一L。此后人们对光催化氧化进行深入的研究，探讨其反应催化原理，并致力于提高催化效率。1976年Carey等在光催化氧化降解水中污染物方面进行了开拓性的工作，显示出光催化氧化技术在环保领域的应用前景3。光催化氧化是光催化剂在特定波长光源的照射下产生催化作用，使周围的水分子及氧气激发形成极具活性的HO·自由基和·自由基。目前采用的半导体材料主要是02、ZnO、CAS、wo3、SH02等。不同半导体的光催化活性不同，对具体有机物的降解效果也有明显差~t4．5】。TiO2因其具有化学稳定性高、耐腐蚀、对人体无害、价带能级较深等特点，特别是其光致空穴的氧化性极高，氧化电位可达+2．53V，还可在水中形成氧化电位比臭氧还高的HO·，同时光生电子也有很强的还原性，可以把氧分子还原成超氧负离子，水歧化成H2Chc5~。所以Tj成为半导体光催化研究领域中最活跃的一种物质，非常适合于环境催化应用研究L7J。1光催化氧化技术的原理有关光催化氧化作用机理，目前比较成熟的是基于半导体能带理论的电子一空穴作用原理。半导体的能带结构基本与绝缘体相似，价电子正好把价带填满，而能量更高的许可带与价带之问的禁带较窄，可依靠热激发，把价带中的电子激发到本来是空的许可带中，从而使其成为导带，因此具有了导电的能力。相临2个能带之间的能量范围称为禁带，而相临2个能带之间的能量差就是禁带宽度，也称为带隙能。在光照下，如果光子的能量大于半导体禁带宽度，其价带上的一个电子就会被激发，越过禁带进入导带，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，它们可以直接复合释放出热能，也可迁移到半导体表面的不同位置，与表面的俘获位结合或与表面吸附的电子给体、受体发生氧化还原反应【。。。半导体能带理论电子一空穴作用原理如图1所示。空带)禁带价带·l—迁复合还原反应)导带(禁带宽度)禁带(氧化反应)价带圈1半导体能带理论电子一空穴作用示意当半导体吸收大于其带隙能(3．2ev)的光子(<387nm)，电子e一由价带被激发并跃迁到导带上，价带生成空穴h+，价带空穴h是一种强氧化剂，导带电子e一是一种强还原剂。h+与e一或者复合，同时放出热量；或者分别作为氧化位、还原位向n02表面迁移。在TiO2表面，h将OH一氧化为HO·，HO·是活性物种，能引起物质的氧化反应，是光催化中主要的氧化剂；e一将02还原为·，·经过质子化也能成为HO·的一个来源。可见，n02光催化氧化降解有机物实质