水体中有机污染物光催化降解

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1、水体中有机污染物光催化降解傅晓都黄煊TiO2作为一种新兴的光催化剂，引起了各国环境工作者的兴趣。在水污染防治技术中，特定的常规方法都是对某种污染物有效，一般则需要多种方法组合才能达到清除综合排水污染的目的。生化处理虽能降解有机物，但对难降解有机物如多环类化合物的处理效果就不太理想，尤其是低浓度、高毒性的难降解有机污染物就更是勉为其难了。锐钛型的TiO2在紫外光的照射下能产生氟化性极强的羟基自由基，对所有的有机物几乎无一例外地都氧化为二氧化碳和水，且除净度高，降解遭废快，无二次污染，为降解有机污染物提供了新思路。近年来国内外对TiO2光催化剂进行了较广泛的研究,使得这项技术不断地完善

2、。从普通颗粒状的TiO2到纳米级的TiO2，从固定床反应器到浮动床反应器，从单一的TiO2催化剂到复合型催化剂。研究主要方向一是为提高TiO2的催化活性，二是发展可见光的利用，三是研制高效能反应器。在光催化中采用半导体物质作为光催化剂，有ZnO、CdS、WO3、TiO2等。由于TiO2具有价廉易得、使用稳定及光活性高等优点，所以在光催化降解中，一般采用它作为光催化剂。半导体物质存在着价带、导带和禁带。被电子占有的能带称为价带，它的最高能级为价带缘。相邻的那个较高能级即激发态称为导带，它的最低能级即导带缘：价带缘与导带缘的能级差为禁带宽度Eg。在一般状态下，电子处在价带由，当电子被激

3、发刚受热，或光照)E将越过禁带进入导带。TiO2的禁带宽度Eg为3.2ev，根据光与能量的关系E＝hv可知，将TiO2上价带中电子激发到导带上则需要波长小于387.5nm的光照射。位于该波长范围的光为紫外光。当用紫外光照射TiO2时，其价带中电子将被激发到导带上，这样的电子称为光生电子(e-)，同时在价带上留下空穴(h+)：空穴与水、电子与溶解氧发生作用产生氧化性极强的羟基自由基·OH。上述机理可以表示如下：·OH对作用物几乎无任何选择性，可以氧化生物法难以降解的各种有机物，并使之矿化为CO2，、H2O等天机小分子。从上述的反应机理可以看出，TiO2上产生的空穴越多，越有利于羟基自

4、由基的产生。提高空穴数量的方法有两种，一种是降低TiO2的禁带宽度，使TiO2在更广泛的波长光照射下，被激发并产生空穴。另一种是减少空穴与电子的复合率。降低禁带宽度的方法是向TiO2中掺杂一些金属或金属氧化物。通常是Ag、Pt、Au、Pd、RuO2等，这些物质可充分利用能量较低的光子，意味着可利用太阳能作为辐射源。掺杂金属也可以降低e-与空穴的复合率，例如在TiO2中掺杂Pt后，相当于在TiO2表面构成一个以TiO2及Pt为电极的短路微电池，TiO2电极所产生的空穴将液相中的有机物氧化．而电子则流向Pt电极将液相中氧化态组分还原，降低电子与空穴的复合率。另外向反应体系加入氧化剂和金

5、属离子同样可以阻止电子与空穴的简单复合。纳米级TiO2颗粒具有巨大的表面积和更强的紫外光吸收能力，因而具有更强的光催化降解能力，能快速将吸附在其表面的有机物分解掉。纳米级TiO2一般采用水解法来制备，即将四氯化钛或钛酸四丁酯．通过水解、沉淀、烘干得到纳米级的TiO2。将TiO2溶于一定去离子水中，在高温下，水热分解得到TiO2溶胶，然后再通过蒸发除去溶液中的水和HCl，即可得到锐钛矿与金红石混合晶型的P—25TiO2，然后配制20mg/L的苯酚溶液，用分析天平称取一定量的P—25TiO2置于20ml苯酚溶液中进行降解目标反应。以250W高压汞灯为降解对溴苯酚的光源。每隔20min对

6、反应器中的溶液取样一次，用日本岛津公司的UV分光光度仪测定它们的吸光度。配制0、4、8、12、16、20mg/L的苯酚溶液作标准曲线，测定吸光度。参考文献：金振兴，刘守新Ag／TiO2对几种难降解有机污染物的光催化降解环境科学与技术.200427(6)周时凤洪樟连王民权TiO2光催化降解有机污染物机理和影响因素材料导报.200418(7)LiFB，LiXZ．Photocatalyticpropertiesofgold／goldionmodifiedtitaniumdioxideforwastewatertreatment.AppliedCatalysisA：General，2002

7、，228：12—27．SunB，VorontsovAV，SmirniotisPG．Theroleofplatinumdepositedontitaniaduringphenolphotocatalyticoxidation．Langmuir.2003，19(8)：3151—3156．