二氧化鈦光催化及其在廢水有機污染物處理中應用展望

楚雄師專學Vol.16N20017675000;楚雄師范學院,云南楚雄摘要:通過對二氧化鈦光催化原理、制備方法、對有機污染物處理研究現(xiàn)狀、影響二氧化鈦光催化的因素提高光催化效率方法,說明TiO2光催化在廢水有機污染物中圖法分類號 文章標識碼 文章編號:10085068(2001)030051光催化氧化具有許多獨到之處,具有極強的氧化能力。其中二氧化鈦作為光催化劑具有無毒、穩(wěn)定、可重復使用、無光腐蝕現(xiàn)象、1]。本文主要介紹二氧化鈦光催化技術及其在有機污染物處理中的應用研究,并對其在環(huán)境保護方面應用前景及主要問題進行分析。、型、板鈦礦型,其中銳鈦礦型TiO2具N型半導體。NTiO23.2eV387nm光。TiO2+hvhe—導帶上的光致電子h—代表TiO2h具有很強的捕獲電子能力,具有極強的氧化性;e具有很強的還原性,在半導體表面形成很強的氧化還原體系,在水溶液中時產(chǎn)生以下反應:h H2O2+2e+2H 2HO[2]H2O2+O2 ·OH+OH+O2h+OH 2·OH不穩(wěn)定,具有很高活性,氧化能力比H2O2,O3強能氧化難降解有機物,將有機物的CH4S分別氧化成CO2H2OSO24二用商品試劑外,制備方法有以下幾種:水解法:采用鈦酸丁酯,四氯化鈦或四異丙醇鈦等作為前驅(qū)體,用乙醇正丁醇等配成溶液在攪拌條件下加入去離子水形成水解產(chǎn)物。將水解產(chǎn)物離心、乙醇洗滌等,或采用正丁醇共沸蒸餾等脫去膠體表面水,最后控制溫度進行灼燒,納米 [3]*收稿日期:200012作者簡介 1962年生,年畢業(yè)于華西醫(yī)科大學,現(xiàn)為楚雄市環(huán)境監(jiān)測工程師氣相沉積法制備TiO2膜:在低壓條件下(100～70Pa,在N2氣氛中導入四異丙醇鈦和水蒸氣,在一定溫度條件下進行沉積制備TiO2膜[56溶膠—凝膠法:TiCl4,酞酸丁酯等在有少量水存在下溶于無水乙醇,經(jīng)超聲波振蕩,2定時間膠化經(jīng)加熱處理制得干凝膠,干凝膠經(jīng)過焙燒,即制得納米TiO[789]222、TiO2光催化能形成強氧化—還原體系,可將不易氧化的或難于環(huán)境降能的物質(zhì)氧化分解,因而在環(huán)境保護方面顯示了誘人的應用前景。其研究現(xiàn)狀主要有:TiO2387nm291011121314化[16171819由于光催化能在TiO2表面形成很強的氧化—還原體系,于是許多人把目光放在了難氧化降解的有機污染物方面,目前研究主要有以下幾方面: ②鹵代烴及有機氯類降解鹵代烴對人有潛在致癌性,在環(huán)境中半衰期很長,很難氧化降解,對環(huán)境影響很大。目前光催化處理研究的有CHCl3、CCl4、三氯乙烯、鄰氯苯胺[1324252627均取得較滿意的去除102528⑤表面活性劑及高分子有機物降解。在選定情況下通過光催化快速降解脂肪醇聚氧乙烯醚四、能用作光催化劑的N型半導體材料有TiO2ZnOFe2O3CdSPbSWO3等。從對多優(yōu)勢。而TiO2經(jīng)染料,負載Ag、Au、WO3、Pb、Fe、PbS、稀土元素、CdS等能顯著提高光催22229303334353637]。另外對TO2TO2具有很高的光催化活性。制備的TO2必須進行焙燒,不同方法焙燒溫度不同,溫度過高則形成0C70CpH氧化速率高,而且受光強影響較大。最佳pH38光催化反應活化能較低,大多能在常溫常壓下進行,加[39]。121339線,能到達TO2表面紫外線減少的緣故[38光催化反應形成空穴與光致電子,可能復合而失去催化活性,O2H2O2Fe3等存在時吸收光致電子,減少光致電子與空穴復合,e Fe3 h TiO2五、在反應體系中加入電子接受體:如氧化劑或空氣Cu2Fe3等因其能吸收光致電子減少與空穴復合的機會。但Cu2Fe3過多則催化效率下降。據(jù)分析,可能Cu2Fe3有顏色,濃度越大顏色越深,溶液吸收紫外線,減少了TiO2表面紫外線強度,22TiO2表面負載貴金屬:在TiO2表面擔載AuPtAgPdH2O223234353637制備復合催化劑及摻雜稀土元素:主要CdS/TiO2SnO2/TiO2SiO2/TiO2WO3/TiO2,活性炭/TiO2Fe2O3/TiO2921283340Ce3La3Fe等也能提高催化效率[2229]。光:制成的納米二氧化鈦膜經(jīng)染料能顯著提高光催化效率。染料在可見光區(qū)光 光強烈吸收,染料吸收光能后,發(fā)生分子內(nèi)電子躍遷,由 π＊,發(fā)生電子躍遷后,入空穴而促進光催化反應。由于染料在可見光區(qū)有強烈吸收而發(fā)生電子躍遷,故料,[44]。、二氧化鈦光催化技術具有高效、工藝簡單、無二次污染、清潔等諸多優(yōu)點,預計在以下領域有機廢可生化性差、環(huán)境中難降解化學耗氧量較高等特點,運用常規(guī)生化處理運行費用高且費時,效果差,使用光催化技術可在短時間內(nèi)幾個小時)取得較好的特別適合于小規(guī)模生產(chǎn)企業(yè)有機廢水處理,尤其是鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)。云南省鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)點多面廣,分散,規(guī)模小,生產(chǎn)有機廢水多數(shù)任何處理直接外排,成為環(huán)保工作的又一新課題。使用光催化技納米二氧化鈦光催化技術處理有機廢水有著非常誘人的應用前景但目前的研究多數(shù)限于實驗室研究,在有機廢水處理方面,筆者認為主要有以下幾個發(fā)展方向:制備復合型、光二氧化鈦高效光催化劑。二氧化鈦僅能吸收<387nm紫外線(約占太陽光能的1%)對太陽能的利用率較低,制備帶隙能更低,能利用可見光的復合型或光高效二氧化鈦催化劑,將使這一技術更經(jīng)濟對太陽光能利用更充分,容易進行技術推廣。探索合適的載體或固定催化劑的方法。積極尋找固定納米二氧化鈦載體,將吸附、氧化分解結(jié)合起來,克服二氧化鈦催化劑懸浮相氧化中存在的催化劑回收困難、易聚沉、易損失等缺點,是這一技鈦固定、水循環(huán)等多功能的反應裝置研制。將解決光催化技術的實用化。可以預計,隨著光催化理論的不斷深入,有機物結(jié)構(gòu)和光催化效率的關系的闡明,以及以上三方面工作的突破,不遠的將來在有機廢水處理上,又多了一項經(jīng)濟實用、高效、無二次污染的新技術。參考文獻2姚曉斌馬穎.貴金屬對TiO2懸浮物光照過程中H2O2.感光科學與光化學1999.17.(5):159～162.3].醇鹽水解法制備二氧化鈦納米粉體.1995,10(4):423～4274崔斌等.TiO2簿膜光催化降解4(2—吡啶偶氮間苯二酚的研究.化學應用與研究43945]郭清萍等.低壓化學氣相沉積法制備TiO2的研究.化學研究與應用,1999.11(1):1316]788199124469199161991611]張汝冰,劉宏英,李風生.TiO2.環(huán)境化學,12]崔斌等.TiO2簿膜光催化降解4—(2—吡啶偶氮間苯二酚的研究.化學應用與研究200414]程滄滄,胡德文,.附著態(tài)TiO2光降解可溶性染料的研究.環(huán)境科學與技術,15吳海寶等.太陽能—TiO2非均相光催化氧化染料污水脫色研究.16王怡中.二氧化鈦懸漿體系太陽光催化降能甲基橙研究.18]王怡中,符雁.平板型太陽光催化反應系統(tǒng)中甲基橙降解脫色研究.環(huán)境科學學報19施利毅李春忠.X—3B脫色研究.太陽能學報,2001.21(1).20施利毅李春忠.Ticl4—O2體系高溫反應制備超細TiO2光催化材料的研究.無機材料學],,,24]姜義華,.多孔二氧化鈦的三氯甲烷光催化氧化的影響.1999.20(325]胡德文,程滄滄.TiO2降解鄰氯苯酚水溶液.環(huán)境污染與防治,199926魏宏斌嚴熙世.二氧化肽膜固定相催化氧化深度處理自來水.27陳非力王良焱.玻璃管附載TiO2光催化反應器去除飲用水中微量有機物的研究.1992 ,[29]岳林海.稀土元素摻雜二氧化鈦催化劑光降解久放磷的研究.上海環(huán)境科學19917(9).[ 如,李映紅.TiO2/SiO2的制備及其對DDVP光催化性能的研究.水處理技術,31]陳穎.TiO2光催化氧化聚丙烯酰胺.催化學報,19922(3報,1998.34(3).33李芳柏古國榜.WO3/TiO2.19920(4).34]何進,劉世程.TiO2(Ag納米半導體薄膜的制備及其光催化性能.電子元件與材料.35]周仁賢,沈?qū)W優(yōu).Pt/TiO2的光催化氧化性能.浙江大學學報理學版1999.2636] .Agpb及其離子對TO2光催化分解CH3CHO.感光科學與光化學,19917(1).1991738]譚曉萍,王國生,湯克敏.光催化氧化法用于垃圾滲濾液深度處理主要影響因素的試驗研,1999N39].水體表面微層中酞酸酯的光降解研究.環(huán)境化學,19918(240.CdsTiO2復合納米微粒的原位合成及性質(zhì)研究.[41]郝彥忠等.染料TiO2納米晶多孔膜電極的帶邊移動.化學通報,1998(7):34—37.[42]馬萬紅等.偶氮類化合物在納米TiO2表面光降解的 Vis光譜示蹤的研究.高等學校43]劉建軍,于迎春.TiO2沖擊波活化及其光催化活性.高壓物理學報,19913責任編輯楊群materialsand coursecontent,teachingmaterialconstruction,teachingofassemblemethodsaswellasmethodologybeforefiYANGQun&WANGYilin:AnancientYunnanbronzemirrorstudiedwithlaserRamananicpollutionsinwaterpollutionsinwater.ZIZhenghua,SHIHaiyan,ZHANGShubo,JIANGShiji,KANJiade,YUANBo&MOWei:AnysisofcrystalstructureaboutLa2/3Ca1/3xBaxMnO3materialswiththeRietveldMethodturewasyzedwiththeRietveldMethod.Theresultrevealsthatwhenx≥0.20theirstructurechangespnmatowiththeRietveldMethodandyzestheeffectofCa2+andBa2+.H