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1、石油化工2005年第34卷第5期PETROCHEMICALTECHNOLOGY491光催化纳米材料在环境保护中的应用112于兵川,吴洪特,张万忠(1.长江大学化学与环境工程学院,湖北荆州434025;2.华中科技大学材料学院,湖北武汉430074)[摘要]综述了光催化纳米材料在环境保护领域中的应用进展及环境污染物在光催化纳米材料表面的光催化降解机理,对光催化纳米材料在降解化工废水、农药废水、染料废水、含油废水、造纸废水等有机废水和无机废水、自来水净化、大气污染治理等方面的应用进行了评述,简要介绍了该材料在自清洁涂料、光催化消毒剂、吸收紫外线等方面的应用。指出了目前光催化
2、纳米材料在应用领域中存在的不足,并展望了合成出对可见光有高响应率的光催化剂以及和传统污水处理技术相结合的发展前景。[关键词]光催化;纳米材料;降解机理;环境保护;二氧化钛;废水处理[文章编号]1000-8144(2005)05-0491-05[中图分类号]TB383[文献标识码]A工业废水、废气中含有许多有害物质,如有机磷以发生。因此,为使光催化反应能有效地进行,需要农药、芳香族胺基化合物、氯系溶剂(二氯乙烯、三减少电子-空穴的简单复合。否则,分离的电子和氯乙烯等)、苯系溶剂及醛、酮等,对人体的毒害很空穴可能在半导体粒子内部或表面复合并放出热大。传统的水处理方法如吸附法
3、、混凝法、活性污泥能。有效地抑制电子-空穴复合问题至关重要,其法等在实际处理过程中存在着一定的困难,效果不取决于光催化剂的电子结构、吸光特性、颗粒尺寸、理想,因此急需寻找一种经济、有效的方法以进一步表面积、表面修饰情况以及反应条件、敏化剂作用等降解传统方法处理后水中残留的污染物。多种因素。[1]1976年,Carey等研究发现在紫外光照射下,纳米TiO2可使难降解的有机化合物多氯联苯脱氯。至今,已发现有3000多种难降解的有机化合物可以在紫外线的照射下通过纳米TiO2迅速降解。特别是当水中有机污染物浓度较低或用其它方法很难降解时,该技术就更显示出其明显的优势。本文阐述了
4、污染物的光催化降解机理,重点讨论了光催化纳米材料在环境保护中的应用,并对光图1光催化剂降解污染物的机理示意图催化纳米材料应用的发展前景进行了展望。Fig.1Degradationmechanismofchemicalcontaminationsonphotocatalys.t1光催化纳米材料的光催化降解机理常见的光催化纳米材料为纳米TiO2,它无毒、光催化纳米材料大多是金属氧化物或硫化物等稳定、氧化能力强,其价带和导带之间的带隙能为半导体材料,具有特殊的电子结构。与金属相比,半3.2eV,相当于波长为387.5nm的紫外光所具有的导体的能带是不连续的,在填满电子的低能价
5、带能量。纳米TiO2在紫外光的照射下,能吸收紫外光(ValenceBand,VB)和空的高能导带(Conduction的辐射能产生电子跃迁,形成电子和空穴,然后电子Band,CB)之间存在一个禁带,当它们受到能量大于和空穴分别与吸附在粒子表面的溶解氧和水分子作带隙能量的光照射时,处于价带上的电子被激发到用,传递能量,最终形成具有高活性和强氧化性的-导带上,在导带上生成高活性电子(e),价带上生OH自由基和超氧离子,以氧化各种有机化合物。+成带正电荷的空穴(h),从而在半导体表面生成具因此光催化纳米材料具有杀菌、除臭、光催化降解有有高活性的电子-空穴对。光催化剂降解污染物
6、的机污染物的特性。[2]机理见图1。对于光催化反应,捕获光激发产生的空穴,并与[收稿日期]2004-11-25;[修改稿日期]2005-01-11。给体或受体发生作用才是有效的,而且光激发产生[作者简介]于兵川(1964-),男,湖北省荆州市人,大学,副教授。-9-12的电子和空穴的复合在10s甚至10s内就可联系人:张万忠,电话027-87541540,电邮zhangwz998@126.com。石油化工492PETROCHEMICALTECHNOLOGY2005年第34卷(BR18),处理后的废水基本无色,化学需氧量2光催化纳米材料在环保领域中的应用(COD)也大幅度
7、降低。依据处理后的废水对海蚌2.1光催化纳米材料应用于污水处理的生态毒性,评价了纳米TiO2的光催化氧化效率。传统的水处理方法可以除去污水中的悬浮物、实验结果表明,纳米TiO2光催化降解废水后,废水泥沙等污染物,但对低浓度可溶性有毒、有害物质的的毒性很小,海蚌在其中的累计死亡率显著降低。处理效率低、成本高,有时甚至无法处理。使用纳米2.1.1.3农药废水的处理材料的光催化方法,可使许多难降解的污染物转化对有机磷杀虫剂的降解结果表明,在纳米为H2O和CO2等无污染的小分子物质。TiO2的悬浊液中,通过紫外光照射,含磷的有机物3-2.1.1有
