【集萃網(wǎng)觀察】[摘要]在污水中存在著各很多污染類型，化工廢水、農(nóng)藥廢水、無機(jī)廢水等，利用Ti02光催化劑可以利用清潔能源太陽能來完成對污水的處理。
引言
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，環(huán)境污染越來越嚴(yán)重，污水處理顯得非常重要。利用光催化反應(yīng)處理污水，不僅能夠有效地利用太陽能清潔能源，而且使得污水處理過程變得簡便，節(jié)省了一些設(shè)備和原料。本文主要介紹了Ti02光催化處理污水的研究現(xiàn)狀及其制備方法。
1 TOi2光催化原理
Ti02有3種晶體結(jié)構(gòu)：板鈦礦型、銳鈦礦型、晶紅石型。催化活性的次序?yàn)椋轰J鈦礦型>晶紅石型>板鈦礦型。TiO2的禁帶寬度隨晶型不同而不同，銳鈦礦型的禁帶寬度為3.2eV、金紅石為3.0eV，相對應(yīng)的光譜吸收閥值為387nm和413nm。當(dāng)用波長低于上述波長的光照射TiO2時(shí)，將從Ti0。體內(nèi)激發(fā)出自由電子（e-），從而在價(jià)帶上留下空穴（h，產(chǎn)生的電子（e-）和空穴（h）與其表面吸附的Oz/HzO等作用生成的·OH/·02有極強(qiáng)的氧化性，可氧化分解多種有機(jī)物，并且產(chǎn)生的自由電子有較強(qiáng)的還原能力，可還原金屬離子，故TiO2光催化技術(shù)在污水處理中表現(xiàn)出良好的光催化降解效果。其光催化原理如下所示：
Ti02的禁帶寬度（Eg—3.2eV）較大，只能吸收占太陽光譜大約4的紫外輻射（-387.5nm），所以不能充分利用太陽能：此外，光生電子和空穴復(fù)合幾率很高，導(dǎo)致Ti0的光生載流子利用效率低，由于存在這兩個(gè)缺陷，在一定程度上制約了TiO2光催化技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用.圍繞這兩個(gè)關(guān)鍵問題，目前半導(dǎo)體光催化技術(shù)研究呈現(xiàn)兩個(gè)熱點(diǎn)：
�。�1）對TiO進(jìn)行修飾改性，以擴(kuò)展其有效光響應(yīng)范圍。
�。�2）開發(fā)新型半導(dǎo)體光催化劑，提高可見光生電子和空穴利用效率，提高光催化反應(yīng)活性
2 Ti02光催化劑的棚備
2.1常用的載體
光催化劑載體可分為無機(jī)載體和有機(jī)載體，用得最多的是無機(jī)載體。常用的無機(jī)載體有：硅膠、活性炭、活性氧化鋁、玻璃纖維網(wǎng)、空心陶瓷球、海沙、空心玻璃微球、石英玻璃片（管）、普通玻璃片、載波片、光導(dǎo)纖維、玻璃珠、層狀石墨、塊狀混泥土、瓷磚、沸石、不銹鋼、耐火磚、合金、泡沫鎳等。一些天然礦物，如沸石、膨潤土、硅藻土等，具有獨(dú)特的層狀微孔結(jié)構(gòu)和離子交換性能，充當(dāng)載體與TiO2構(gòu)成的復(fù)合光催化材料兼具多孔性、高比表面積、強(qiáng)吸附性，是良好的載體材料。而有機(jī)載體由于易被光催化劑催化降解、穩(wěn)定性差，因此應(yīng)用較少。現(xiàn)采用的有機(jī)載體主要有：全氟磺酸薄膜、賽璐珞薄膜、聚乙烯、氟樹脂等。
2.2 Ti0光催化劑固定方法
催化劑的存在形式一般為薄膜和粉體兩種，故TiO2的固定就分為載體上薄膜的制各及粉體在載體上的固定。
1、物理負(fù)載法
物理負(fù)載法主要有：粉體燒結(jié)法和熱膠粘法。粉體燒結(jié)法是將Ti02微粉超聲分散在水或其它溶劑中形成懸浮液，然后將載體加入其中充分?jǐn)嚢瑁筎i0光催化劑負(fù)載其表面，然后將其在低于45O℃的溫度下燒結(jié)。而熱膠粘法是指對于不滕繹高浸結(jié)的載體，在TiO2微粉中加入合適的粘接劑，然后將其均勻涂敷在載體表面;也可將Ti02微粉、載體、偶聯(lián)劑一起攪拌或加熱回流。該方法工藝比較簡單，但涂敷難均勻，涂層厚度難控制，且深層附著力不穩(wěn)定。
2、化學(xué)方法
（1）溶膠凝膠法
溶膠凝膠法是將前驅(qū)物在水或有機(jī)溶劑中水解而制得相應(yīng)的Ti02前驅(qū)體溶膠，然后通過浸漬涂層、旋轉(zhuǎn)涂層或噴涂等方法將溶膠施于載體上，待干燥后進(jìn)行熱處理，最后在載體上形成一層TiO2固定膜。該法將TiO2納米微粒的制備與固定化一次完成且工藝簡單，制備條件簡便，制得的薄膜均勻、透明、負(fù)載牢固、穩(wěn)定性極佳。
�。�2）化學(xué)氣相沉積法
化學(xué)氣相法需將前驅(qū)物用載氣輸送到反應(yīng)室，利用氣態(tài)物質(zhì)在載體表面上進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，生成TiO2薄膜。其中，金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積法（MOCVD）具有分階段沉積、化學(xué)計(jì)量數(shù)可控制等特點(diǎn)，其用途極為廣泛。
�。�3）液相沉積法
它是利用水溶液中氟的金屬配離子和金屬氧化物之間的化學(xué)平衡，將金屬氧化物沉積到浸漬在反應(yīng)液中基底上的一種方法。其優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡單，膜厚可控制，可進(jìn)行大表面積和各種形狀的載體。但此法不易得到純的TiO2膜。
3納米Ti02在污水處理中的應(yīng)用
31染料廢水的處理
染料廢水色度高、濃度高、毒性大、難降解，且大多含有等致癌物質(zhì)，對人類危害極大，印染廢水處理一直是廢水處理中的一大難題。研究結(jié)果表明在以納米Ti02為光催化劑，在可見光照射下，水溶性偶氮染料易發(fā)生光催化降解反應(yīng)。
3.2化工廢水的處理
化工廢水的基本特征為極高的COD、高鹽度、對微生物有毒性，是目前水處理技術(shù)方面的研究重點(diǎn)和熱點(diǎn)。在不同的催化氧化條件下，以TiO2為主的半導(dǎo)體光催化劑對常見的化工污染物都有較好的催化氧化效果。采用Ti懸浮體系光催化氧化處理苯酚廢水，當(dāng)Ti0用量為2g/L、pH值為3、連續(xù)曝氣和攪拌條件下，闡紫外光照后，苯酚（1Orag/L）去除率達(dá)96%。
3.3農(nóng)藥廢水的處理
農(nóng)藥一般分為殺蟲劑和除草劑，危害范圍廣，在大氣、土壤和水體停留時(shí)問長，對動(dòng)、植物有極大危害。武正簧等以銅絲為基底物鍍上TiO2薄膜，在一定的催化條件下，光照60min，氧化樂果和久效磷的光催化降解率高達(dá)80%。利用光催化氧化降解農(nóng)藥不會(huì)生成其它有毒物質(zhì)，無二次污染，具有其它方法無可比擬的優(yōu)點(diǎn)。
結(jié)語
利用太陽能進(jìn)行廢水處理研究，對于保護(hù)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。包括我國在內(nèi)的許多國家己進(jìn)行了利用太陽能的室外模擬實(shí)驗(yàn)，均取得較好的效果。目前研究大多數(shù)還處于實(shí)驗(yàn)室小型反應(yīng)系統(tǒng)向大規(guī)模工業(yè)化發(fā)展階段，在基礎(chǔ)理論和實(shí)際應(yīng)用技術(shù)等方面尚需進(jìn)一步的完善和發(fā)展。但隨著納米材料和納米技術(shù)的發(fā)展，可以預(yù)見，這項(xiàng)技術(shù)具有誘人的應(yīng)用前景。
來源: 王峰，徐弱，王勇利
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