【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)濟的發(fā)展，環(huán)境污染越來越嚴重，污水處理顯得非常重要。利用光催化反應處理污水，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：板鈦礦型、銳鈦礦型、晶紅石型。催化活性的次序為：銳鈦礦型>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，相對應的光譜吸收閥值為387nm和413nm。當用波長低于上述波長的光照射TiO2時，將從Ti0。體內(nèi)激發(fā)出自由電子（e-），從而在價帶上留下空穴（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有極強的氧化性，可氧化分解多種有機物，并且產(chǎn)生的自由電子有較強的還原能力，可還原金屬離子，故TiO2光催化技術在污水處理中表現(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，光生電子和空穴復合幾率很高，導致Ti0的光生載流子利用效率低，由于存在這兩個缺陷，在一定程度上制約了TiO2光催化技術的實際應用.圍繞這兩個關鍵問題，目前半導體光催化技術研究呈現(xiàn)兩個熱點：

　　（1）對TiO進行修飾改性，以擴展其有效光響應范圍。

　�。�2）開發(fā)新型半導體光催化劑，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載體和有機載體，用得最多的是無機載體。常用的無機載體有：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，具有獨特的層狀微孔結(jié)構和離子交換性能，充當載體與TiO2構成的復合光催化材料兼具多孔性、高比表面積、強吸附性，是良好的載體材料。而有機載體由于易被光催化劑催化降解、穩(wěn)定性差，因此應用較少。現(xiàn)采用的有機載體主要有：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、物理負載法

　　物理負載法主要有：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攪拌，使Ti0光催化劑負載其表面，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、化學方法

　�。�1）溶膠凝膠法

　　溶膠凝膠法是將前驅(qū)物在水或有機溶劑中水解而制得相應的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、負載牢固、穩(wěn)定性極佳。

　　（2）化學氣相沉積法

　　化學氣相法需將前驅(qū)物用載氣輸送到反應室，利用氣態(tài)物質(zhì)在載體表面上進行化學反應，生成TiO2薄膜。其中，金屬有機物化學氣相沉積法（MOCVD）具有分階段沉積、化學計量數(shù)可控制等特點，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平衡，將金屬氧化物沉積到浸漬在反應液中基底上的一種方法。其優(yōu)點是設備簡單，膜厚可控制，可進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。

　　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，是目前水處理技術方面的研究重點和熱點。在不同的催化氧化條件下，以TiO2為主的半導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、土壤和水體停留時問長，對動、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80%。利用光催化氧化降解農(nóng)藥不會生成其它有毒物質(zhì)，無二次污染，具有其它方法無可比擬的優(yōu)點。

　　結(jié)語

　　利用太陽能進行廢水處理研究，對于保護環(huán)境，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。包括我國在內(nèi)的許多國家己進行了利用太陽能的室外模擬實驗，均取得較好的效果。目前研究大多數(shù)還處于實驗室小型反應系統(tǒng)向大規(guī)模工業(yè)化發(fā)展階段，在基礎理論和實際應用技術等方面尚需進一步的完善和發(fā)展。但隨著納米材料和納米技術的發(fā)展，可以預見，這項技術具有誘人的應用前景。

　　來源: 王峰，徐弱，王勇利