光催化氧化技术在水处理中的应用
光催化氧化技术在水处理领域的应用及存在的问题
光催化氧化技术在水处理领域的应用及存在的问题摘要：本文主要介绍光催化氧化反应机理、及其在处理染料废水、农药废水、含油废水、造纸废水、含表面活性剂废水等方面的应用, 并对其目前存在的问题进行了简单的阐述。
关键词：光催化氧化氧化技术1前言随着科技的高速发展和人类文明的进步，各种环境污染越来越严重，其中水污染尤为引起全球范围内的广泛重视。
目前许多国家的地表水和地下水均受到不同程度的污染,水污染物主要来自工业、农业以及生活污水。
当前水处理中常采用的方法是物化法和生化法，具有工艺成熟,易于大规模工业化应用的优点。
然而,这些方法只是将污染物从一相转移到另一相，或是将污染物分离、浓缩，并没有使污染物得到破坏而实现无害化。
这不可避免地带来废料和二次污染, 而且适用范围有限, 成本也比较高。
近年来, 有关污染物治理研究方面已逐步转向化学转化法, 即通过化学反应使污染物受到破坏而实现无害化。
因此, 开发能将各种化学污染物降解至无害化的实用技术( 尤其是污水处理和空气净化) 成为各国科研工作者的重要研究内容。
光催化氧化技术( Photocatalytic Oxidation )是一种高级氧化技术( advanced oxidation process,AOP) 。
光催化剂在光照的条件下能够产生强氧化性的自由基, 该自由基能彻底降解几乎所有的有机物，并最终生成H2O、CO2 等无机小分子，加上光催化反应还具有反应条件温和, 反应设备简单, 二次污染小，操作易于控制, 催化材料易得, 运行成本低, 可望用太阳光为反应光源等优点, 因而近年来受到广泛关注。
1972 年, Fujishima 等在《Nature 》上发表了“Electrochemical potolysis of water at asemiconductor electrode”一文, 揭开了光催化氧化技术的序幕。
1976 年, Cr aey [ 4] 等发现, 在TiO2 光催化剂存在的条件下, 多氯联苯、卤代烷烃等可发生有效的光催化降解. 这一研究成果使人们认识到半导体催化剂对有机污染物具有矿化功能, 同时也为治理环境污染提供了一种新方法, 立即成为半导体光催化研究中最为活跃的领域。
光催化技术在水处理中的应用研究进展
光催化技术在水处理中的应用研究进展近年来，随着环境污染问题日益严重，寻求高效、低成本、低能耗的水处理技术变得越来越重要。
光催化技术作为一种潜力巨大的新型水处理技术，因其高效、环境友好的特点，受到了广泛的关注。
本文将重点探讨光催化技术在水处理中的应用研究进展。
光催化技术是利用光催化剂在可见光或紫外光照射下，通过产生活性氧化物为水中的有机物降解提供催化作用的一种技术。
光催化技术的优势在于其高效、可持续且无二次污染。
近年来，针对光催化技术在水处理中的应用，研究者们做出了许多突破性的研究和探索。
首先，光催化技术在有机污染物降解方面的应用得到了广泛的关注。
有机污染物，如农药、染料、药物残留等，对环境和人体健康造成了严重威胁。
传统的水处理方法对于这些有机污染物的去除效果有限，而光催化技术能够通过光激发催化剂产生活性氧化物，从而高效降解这些污染物。
许多研究表明，光催化技术能够将有机污染物降解至不可检测的水平，这为水处理行业带来了福音。
其次，光催化技术在重金属去除领域也取得了显著的研究成果。
重金属污染对环境和人类健康造成了巨大的威胁。
传统的去除方法往往存在着成本高、工艺复杂等问题，而光催化技术却能够通过光激活催化剂将重金属离子还原为金属沉淀，从而实现其高效的去除。
研究表明，光催化技术能够将重金属离子的去除率提高到90%以上，并且具有较低的处理成本和能耗。
此外，光催化技术还在水中微生物的灭活方面发挥了重要的作用。
水中微生物如细菌、病毒等是导致水源污染和水传播疾病的重要因素。
传统的消毒方法，如氯离子消毒等，存在着消毒副产物的形成和对水质的二次污染的问题。
而光催化技术能够通过产生氧化剂，对水中的微生物进行高效灭活。
研究表明，光催化技术能够在短时间内对水中的微生物进行灭活，并且不会产生有害的副产物。
除此之外，光催化技术在水中有害物质检测和监测方面也有着广泛的应用。
通过利用光催化剂对水样中污染物的光吸收、光散射等特性进行检测，可以实现对水样中有害物质的快速、准确的检测和监测。
光催化氧化技术在水处理中的应用及研究进展
光催化氧化技术在水处理中的应用及研究进展摘要：介绍了光催化氧化的机理,就TiO2固定化制备、改性、光催化氧化在降解废水中有机污染物、无机污染物以及饮用水处理中的研究进展进行了阐述,提出了今后的发展方向。
关键词：纳米二氧化钛,光催化氧化,水处理,研究进展光催化氧化技术是一种新兴的水处理技术。
1972年,Fu- jishima和Honda[1]报道了在光电池中光辐射TiO2可持续发生水的氧化还原反应,标志着光催化氧化水处理时代的开始。
1976年, Carey等[2]在光催化降解水中污染物方面进行了开拓性的工作。
此后,光催化氧化技术得到迅速发展。
光催化技术具有反应条件温和、能耗低、操作简便、能矿化绝大多数有机物、可减少二次污染及可以用太阳光作为反应光源等突出优点,在难降解有机物、水体微污染等处理中具有其他传统水处理工艺所无法比拟的优势,是一种极具发展前途的水处理技术,对太阳能的利用和环境保护有着重大意义。
1TiO2光催化剂的特性及光催化氧化机理TiO2有锐钛矿型、金红石型和板钛矿型三种晶型。
同样条件下,锐钛矿型的催化活性较好。
在众多光催化剂中,TiO2是目前公认的最有效的半导体催化剂,其特点有:化学性质稳定,能有效吸收太阳光谱中弱紫外辐射部分,氧化还原性极强,耐酸碱和光化学腐蚀,价廉无毒。
目前对光催化的机理研究尚不成熟,一般认为光催化氧化法是以N型半导体的能带理论为基础。
TiO2属于N型半导体,其能带是不连续的,在充满电子的低能价带(VB) 和空的高能导带(CB)之间存在一个禁带,带隙能为3.2 eV,光催化所需入射光最大波长为387.5 nm。
当λ≤387.5 nm 的光波辐射照射TiO2时,处于价带的电子被激发跃迁到导带,生成高活性电子(e-),同时在价带上产生相应的空穴(h+),从而形成具有高度活性的电子/空穴对,并在电场作用下分离,向粒子表面迁移,既可直接将吸附的有机物分子氧化,也可与吸附在TiO2表面的羟基或水分子反应生成氧化性很强的活性物质氢氧自由基·OH。
光催化技术在水生态环境净化中的应用
光催化技术在水生态环境净化中的应用随着我国工业和城市化进程的加快，水污染问题越来越突出。
水是生命之源，水的清洁与否关系到人类的健康和经济发展。
在这种背景下，光催化技术作为一种高效、清洁的水处理技术，被广泛应用于水生态环境净化中，成为近年来研究热点之一。
光催化技术的原理是利用光催化剂吸收光能形成活性氧，通过反应来去除水中有害物质。
该技术具有广泛应用、无二次污染、效率高等优点，在水生态环境净化中有着重要的作用。
一、光催化技术的优点1.高效：光催化技术能够利用太阳光等光源，使光催化剂吸收光能，形成活性氧，去除水中有害物质。
与传统的水处理方法相比，光催化技术具有效率高、能耗低的特点。
2.清洁：光催化技术在反应过程中不需要添加任何化学药品，不会产生二次污染，是一种清洁的水处理技术。
同时，光催化技术不会产生固体污染物，有利于环境保护。
3.适用范围广：光催化技术对于水中的各种有害物质都具有去除作用，例如重金属、有机物、农药等。
同时，该技术也适用于不同的水源，如地下水、污水、高咸水等。
二、 1.光催化技术在饮用水净化中的应用光催化技术可以去除水中的微生物、有机物和重金属等有害物质，可以有效地提高饮用水的安全性。
对于水中的微生物，光催化技术可以破坏细菌的细胞膜，使其死亡，达到杀菌的效果。
对于水中的有机物和重金属等有害物质，光催化技术可以利用氧化还原反应去除。
2.光催化技术在污水处理中的应用光催化技术可以去除污水中的各种有害物质，例如有机物、硫化物、氨氮等。
对于有机物，光催化技术可以利用光催化剂对其进行氧化降解，使其转化为无害的物质。
对于硫化物和氨氮等有害物质，光催化技术可以通过光催化剂的还原和氧化功能进行去除。
3.光催化技术在水体修复中的应用水体修复是指通过各种手段对受到污染的水体进行治理，使其恢复到自然状态。
光催化技术可以快速去除水中的有害物质，达到净化水体的目的。
同时，在水体修复中，光催化技术还具有杀灭蓝藻等有害生物的功能，有利于水生态环境的恢复。
光催化技术在水处理中的应用研究进展
光催化技术在水处理中的应用研究进展
杨跃武;凌冉冉;周书葵;段毅;姜培烜;王坤
【期刊名称】《精细化工》
【年(卷),期】2024(41)4
【摘要】光催化技术应用于水处理领域,既可以提高水质安全,也可以缓解全球水资源短缺问题,是一项具有广泛应用前景的技术。
该文介绍了光催化技术的机理及常见光催化剂的特点,重点综述了光催化技术在饮用水中的除臭、消毒,在染料废水含油废水制药废水催化还原重金属离子养殖废水焦化废水方面的应用。
自由基途径与非自由基途径在该技术中发挥重要作用,在光催化材料中,TiO_(2)､金属-有机框架(MOFs)基光催化材料及其类似材料(如MIL系列､ZIFs系列等)可产生更多的•OH;TiO_(2)､g-C_(3)N_(4)基光催化材料可产生更多的•O_(2)^(–)和e^(–);CdS､TiO_(2)､g-C_(3)N_(4)基光催化材料可产生更多的h^(+)。
最后对光催化技术的机理､光催化材料、水处理方向及实际应用进行了总结与展望。
【总页数】12页(P707-718)
【作者】杨跃武;凌冉冉;周书葵;段毅;姜培烜;王坤
【作者单位】南华大学土木工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TB33;X505
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3.光催化氧化技术在水处理应用中的研究进展
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5.光催化技术在印染废水处理中的应用研究进展
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光催化技术在水处理方面典型案例剖析
光催化技术在水处理方面典型案例剖析引言：水是生命的源泉，但在现代工业、农业和日常生活中，水受到污染的问题日益严重。
水污染对环境和人类健康产生着严重的影响。
为了解决水污染问题，科学家们不断寻找新的水处理技术。
光催化技术作为一种激动人心的技术，已被广泛应用于水处理领域。
本文将针对光催化技术在水处理方面的典型案例进行详细剖析。
案例一：光催化技术在有机物降解方面的应用光催化技术的一个主要应用领域是有机物降解。
以苯系有机物为例，苯是一种广泛存在于工业废水中的有机污染物。
传统的水处理方法对苯系有机物的去除效果有限，但光催化技术通过利用光催化剂的光吸收和激发能力，能够充分利用光能将有机物降解为无害的物质。
一项研究使用二氧化钛作为光催化剂，经过一定的反应时间，可以将苯系有机物的降解率提高到90%以上。
这表明光催化技术具有很大的潜力应用于有机物的水处理。
案例二：光催化技术在重金属离子去除方面的应用重金属离子是另一个常见的水污染物，它们对人体健康有害，而且在水体中难以降解。
光催化技术在重金属离子去除方面也取得了显著成果。
研究人员发现，利用纳米颗粒的金属氧化物作为光催化剂，可以通过光解吸附、光解离、光解还原等机制，将水中的重金属离子高效去除。
以重金属铅离子为例，一项研究利用铁氧体纳米颗粒作为光催化剂，在自然阳光照射下，可以将水中的铅离子浓度降低到可接受的安全标准以下。
这说明光催化技术有望成为一种有效去除重金属离子的方法。
案例三：光催化技术在水中有害微生物消毒方面的应用水中存在着许多有害的微生物，如细菌、病毒和寄生虫等。
传统的消毒方法往往需要使用化学药剂，且存在二次污染的问题。
光催化技术提供了一种环保且高效的水中微生物消毒方法。
通过将光催化剂与紫外光或可见光相结合，可以生成一系列的活性氧和自由基，这些物种对微生物具有很强的杀灭作用。
一项研究表明，利用二氧化钛纳米颗粒作为光催化剂，在紫外光照射下，可以将水中的细菌和病毒完全消灭。
浅析水处理中高级氧化技术的应用
浅析水处理中高级氧化技术的应用【摘要】水处理是一项重要的环保工作，而高级氧化技术作为其中的一种先进技术，在水处理中发挥着重要作用。
本文首先介绍了高级氧化技术的基本概念和原理，包括光催化氧化技术、臭氧氧化技术和超声波氧化技术在水处理中的应用。
接着分析了高级氧化技术的优势和局限性，以及未来的发展方向。
最后强调了高级氧化技术对水处理的重要性，并提出了推广其在水处理中的应用的建议。
通过对高级氧化技术的深入探讨，可以更好地认识其在水处理领域的意义和价值，为环境保护和可持续发展做出积极贡献。
【关键词】水处理技术、高级氧化技术、光催化氧化技术、臭氧氧化技术、超声波氧化技术、优势、局限性、未来发展方向、重要性、推广应用.1. 引言1.1 水处理技术的重要性水是生命之源，是地球上最重要的资源之一。
随着人口的增长和工业化的发展，水污染问题日益严重，给人们的生活和环境带来了巨大的威胁。
水处理技术的重要性日益凸显，成为保护水资源、维护生态平衡的关键手段。
水处理技术的发展，可以有效地净化水质，提高水资源的利用率，保障人们的健康和生活质量。
通过水处理技术，可以去除水中的有毒物质、细菌、重金属等有害物质，确保饮用水和环境水的安全。
水处理技术还可以实现水资源的循环利用，减少水资源的浪费，促进水资源的可持续利用。
水处理技术的重要性不言而喻。
只有通过不断创新和发展水处理技术，才能更好地保护水资源、维护生态环境，实现可持续发展的目标。
对于人类的生存和发展都至关重要，我们应该重视并不断完善水处理技术，为水资源的可持续利用和生态环境的保护做出贡献。
1.2 高级氧化技术介绍高级氧化技术是一种利用高级氧化剂将水中的有机物质降解为无毒无害产物的先进水处理技术。
与传统的物理化学处理技术相比，高级氧化技术具有处理效率高、无二次污染、操作简便等优点。
常见的高级氧化技术包括光催化氧化技术、臭氧氧化技术和超声波氧化技术。
光催化氧化技术是利用可见光或紫外光照射下产生活性自由基，从而将有机物质降解为无害物质的技术。
光催化氧化技术在水处理领域的应用及存在的问题
光催化氧化技术在水处理领域的应用及存在的问题摘要：本文主要介绍光催化氧化反应机理、及其在处理染料废水、农药废水、含油废水、造纸废水、含表面活性剂废水等方面的应用, 并对其目前存在的问题进行了简单的阐述。
关键词：光催化氧化氧化技术1 前言随着科技的高速发展和人类文明的进步，各种环境污染越来越严重，其中水污染尤为引起全球范围内的广泛重视。
目前许多国家的地表水和地下水均受到不同程度的污染, 水污染物主要来自工业、农业以及生活污水。
当前水处理中常采用的方法是物化法和生化法，具有工艺成熟,易于大规模工业化应用的优点。
然而,这些方法只是将污染物从一相转移到另一相，或是将污染物分离、浓缩，并没有使污染物得到破坏而实现无害化。
这不可避免地带来废料和二次污染, 而且适用范围有限, 成本也比较高。
近年来, 有关污染物治理研究方面已逐步转向化学转化法, 即通过化学反应使污染物受到破坏而实现无害化。
因此, 开发能将各种化学污染物降解至无害化的实用技术（尤其是污水处理和空气净化）成为各国科研工作者的重要研究内容。
光催化氧化技术（ Photocatalytic Oxidation ）是一种高级氧化技术（ advanced oxidation process,AOP）。
光催化剂在光照的条件下能够产生强氧化性的自由基, 该自由基能彻底降解几乎所有的有机物，并最终生成H2O、CO2 等无机小分子，加上光催化反应还具有反应条件温和, 反应设备简单, 二次污染小，操作易于控制, 催化材料易得, 运行成本低, 可望用太阳光为反应光源等优点, 因而近年来受到广泛关注。
1972 年, Fujishima 等在《Nature 》上发表了“ Electrochemical potolysis of water at asemiconductor electrode ”一文, 揭开了光催化氧化技术的序幕。
1976 年, Cr aey [ 4] 等发现，在TiO2光催化剂存在的条件下，多氯联苯、卤代烷烃等可发生有效的光催化降解•这一研究成果使人们认识到半导体催化剂对有机污染物具有矿化功能, 同时也为治理环境污染提供了一种新方法，立即成为半导体光催化研究中最为活跃的领域。
TiO2光催化氧化技术在水处理中的应用
２０ ０ ６年
第２ ７卷
第 ３期
Ｔ Ｏ２ 催 化 氧 化 技 术 在 水 处 理 中 的 应 用 ｉ 光
朱 宋宏 雷 娇
（ 汉科 技 大学 ） 武
摘 要 ： 综述 了ＴＯ 光催化 氧化的基本原理 、 ｉ。 光催化剂 的制备 方法及提 高光催化效率 的途径 ； 纳
液相 法 。气相 法包 括 气 体 冷凝 法 、 性氢 一 活 熔解 金 属
反 应法 、 射 法 、 动 液 面上 真 空蒸 镀 法 、 电加 热 溅 流 通
蒸发 法 和混合 等离 子 法 ； 相法 包 括沉 淀法 和溶 胶一 液
凝 胶法 、 微乳 液法 、 热合 成 法等 。 水
９ ２
结果 后 ， 导 体 Ｔ Ｏ。 催化 技 术 在污 水 处 理 、 半 ｉ 光 空气 净化 和抗 菌 方面 的研 究 广 泛 开展 起来 ， Ｏｚ Ｔｉ 由于具 有抗 化学 和光 腐蚀 、 质稳 定 、 性 无毒 、 化 活性 高 、 催 价
紫外 光 ， 这部 分光 辐 射 到地 面仅 占光 辐射 总量 的４
性 ， 可将 无 机 物高 氧化 态 的氧 化 物 或 贵 金属 离 子 还 还原 成低 氧化 态 的氧 化 物 或 单 质 ， 将低 价离 子 氧 或
化 成 高 氧化态 的氧 化 物 沉 淀 出 来 ， 到 治 理 和 回收 达
的 目的。
３ Ｔｏ ｉ 光催化 氧化在水 处理 中的应用
解 的 氧 与 产 生 的 ｈ ｅ 作 用 ， 成 强 氧 化 性 的 ， 一 生 Ｏ ， ， Ｈ一 Ｏ。并通 过 ＯＨ一 ｔ ， 和 （ ｌ ） 渐 渐将 有 机 物 等 降解 为 Ｃ 。 Ｈ。 等 无机 物 。同 时 ，一 有 强还 原 Ｏ 和 Ｏ ｅ具
toc紫外光催化氧化原理
toc紫外光催化氧化原理一、引言紫外光催化氧化是一种环境友好、高效能的氧化技术，广泛应用于水处理、空气净化、有机废气处理等领域。
它通过利用紫外光激活催化剂，产生强氧化剂来降解有机污染物，具有高效、无二次污染等优点。
本文将详细介绍toc紫外光催化氧化原理及其应用。
二、toc紫外光催化氧化原理toc紫外光催化氧化是一种通过紫外光和催化剂协同作用进行氧化反应的技术。
首先，催化剂被紫外光激活，形成活性中间体。
然后，这些活性中间体与氧气发生反应，生成高活性的氧化剂，如羟基自由基（•OH）和超氧自由基（•O2-）。
最后，这些氧化剂与有机污染物发生反应，将其降解为二氧化碳和水等无害物质。
三、toc紫外光催化氧化的催化剂催化剂是toc紫外光催化氧化中起关键作用的物质。
常用的催化剂包括二氧化钛（TiO2）、氧化锌（ZnO）和氧化铁（Fe2O3）等。
这些催化剂具有良好的光催化活性和化学稳定性，能够有效地吸收紫外光并产生活性中间体。
四、toc紫外光催化氧化的光源紫外光源是激活催化剂的关键能量提供者。
常用的紫外光源包括低压汞灯、高压汞灯和氙灯等。
这些光源具有较高的紫外光辐射强度和较长的使用寿命，能够提供足够的能量激活催化剂。
五、toc紫外光催化氧化的应用1.水处理：toc紫外光催化氧化技术在水处理中广泛应用。
它能够高效降解有机物、杀灭细菌和病毒，提高水质，保护环境。
2.空气净化：toc紫外光催化氧化技术可以将空气中的有机废气、甲醛等有害物质氧化为无害物质，提高室内空气质量，保障人们的健康。
3.有机废气处理：toc紫外光催化氧化技术可用于处理化工、印染、制药等行业产生的有机废气，能够高效去除有机污染物，减少环境污染。
六、toc紫外光催化氧化的优势和挑战1.优势：（1）高效能：toc紫外光催化氧化技术具有较高的降解速率和去除效率，能够在短时间内将有机污染物降解为无害物质。
（2）环境友好：toc紫外光催化氧化技术无需添加化学药剂，不产生二次污染，对环境无害。
光催化技术在水环境治理中的作用
光催化技术在水环境治理中的作用随着人类经济和社会的不断发展，水污染已经成为严重影响全球可持续发展的问题之一。
水污染导致饮用水资源不断减少，动植物资源遭受破坏，甚至危及人类健康。
针对这一问题，科学家们广泛探索研究水污染治理技术。
光催化技术作为一种新型治理方法，因其高效、绿色、经济、可控等优点而备受关注，并在各个领域有了广泛应用。
光催化技术简介光催化技术是指利用光能使催化剂活化，产生活性的氧物种，将残留在水中的有机或无机污染物分解为无害物质的一种技术。
光催化技术的根本是催化剂（包括化学产物和生物产物）和光源（太阳光和人造光源）。
光催化技术原理光催化技术的原理是利用可见和紫外光照射催化剂，激发催化剂表面形成大量活性中心，将光能转化成化学能，促进催化剂表面的氧化还原反应，最终分解废水中存在的有机和无机污染物，达到净化水质的目的。
催化剂反应的公式如下：催化剂+光源（hυ）→激发态激发态→阴离子和阳离子活性氧物种产生→氧化有机化合物光催化技术在水环境治理中的应用1. 污水处理：光催化技术是目前非常有效的污水处理技术之一。
诸如重金属、有机污染物等难降解污染物都可以被分解或降解。
通过降解有机污染物，对水质进行净化。
2. 饮用水处理：由于水源污染，饮用水中存在有机杂质，对于这些难以处理的杂质，光催化技术可以起到很好的去除作用。
经过光催化处理之后的饮用水的色度、浊度和异味均得到了良好的改善。
3. 脱色净化：许多重要工业废水或过程污染水具有不良的色度和其他杂质，这些杂质对环境非常危险。
光催化技术可以降低颜色值，并去除有机及无机废物，使废水达到排放标准。
4. 环境污染治理：光催化技术可以治理水环境以外的环境污染，包括空气污染、土壤污染等。
此外，将光催化技术应用于二氧化碳、氧化氮、光臭氧产生及销毁、调控大气颗粒物、光生物技术或其他领域，均有着巨大的潜力。
光催化技术的优势光催化技术具有非常重要的优势。
首先，使用照射方式，光催化技术能解决有机或无机残留在水中的各种污染物。
光催化技术在水处理中的应用研究
光催化技术在水处理中的应用研究概述:水是人类生活中不可或缺的资源之一，但随着工业化进程的加快和人口的增长，水资源的污染问题日益严重。
传统的水处理技术存在着效率低、成本高、处理周期长等问题。
因此，研究开发一种高效、环保的水处理技术变得尤为重要。
光催化技术作为一种新型的水处理技术，近年来受到广泛关注。
该技术通过利用光能激发光催化剂，产生高能级的活性物种，进而分解水中的有机污染物和无机污染物。
本文将探讨光催化技术在水处理中的应用研究，并着重介绍其原理、优势和挑战。
一、光催化技术的原理光催化技术是一种基于光催化剂的半导体和光解质与光子之间的作用机制。
光催化剂通过吸收光能而形成激发态，激发态的光催化剂能将光能转化为化学能，产生一种强氧化性的活性物种（如·OH），以分解水中的有害物质。
在光催化过程中，光催化剂首先吸收可见光或紫外光，激发电子进入价带，形成电子-空穴对。
然后，电子-空穴对在表面发生迁移，与溶液中的氧和水反应生成强氧化性的活性物种，从而分解水污染物。
该过程中，光催化剂充当了催化剂的角色，不参与反应，因此可以实现长时间的稳定性。
二、光催化技术在水处理中的优势1. 高效性：由于光催化技术利用了高能级的活性物种进行分解，因此具有较高的去除率和降解速度。
可以高效地去除水中的有机污染物和无机污染物。
2. 环保性：光催化技术使用的催化剂通常是可再生的，无需外加化学品或添加剂。
同时，光催化过程中产生的活性物种也具有一定的杀菌作用，可以去除水中的细菌和病毒。
3. 无副产物: 与传统的水处理方法相比，光催化技术几乎没有副产物的产生，不会导致二次污染。
4. 适用性: 光催化技术不受水源的限制，适用于各种水体（包括污水、海水、饮用水）的处理。
5. 可再生性: 光催化剂可以通过光照再生，实现短时间内的可持续使用。
三、光催化技术在水处理中的应用1. 有机污染物的去除：光催化技术可以高效降解水中的有机物，如农药、药物残留物、工业废弃物等。
光催化氧化还原反应的机理及应用
光催化氧化还原反应的机理及应用光催化氧化还原反应，是一种通过光照下的光催化剂将水和空气中的氧、氧化剂分子分解成自由基、氧离子和质子等，同时利用自由基、氧离子等形成氧化剂，使有机污染物和异味物质等经化学反应降解下来，从而实现环保的一种技术。
本文将从机理与应用两个方面进行阐述。
一、光催化氧化还原反应的机理在大气中，水分子和氧分子的分子态受到都是相对稳定的，不会引起化学反应，只有光子能量充足时，才能促使水和氧中的分子发生分解，这种光子能量的产生来自光催化剂吸收光子时的能量。
光催化剂吸收光子能量后，会从基态跃迁到激发态，从而产生多种激发态自由基，包括超氧自由基（O2-）、过氧化氢自由基（HO2）、氢氧离子（OH-）和羟基自由基（HO•）等。
这些自由基对水和氧进行催化分解，其中超氧自由基具有氧化作用，而羟基自由基则具有还原作用。
超氧自由基和羟基自由基相互作用后，形成羰基自由基和羟基过氧自由基等，这些自由基将组成一系列化学反应链式反应。
同时，光催化剂还具有一种吸附作用，能够将大分子有机物、甲烷等难降解的物质降解成较小的分子，在降解过程中，它们也会参与到一系列氧化还原反应中。
研究表明，光催化剂的物理化学性质和光照条件对光催化反应的效果具有重要的影响，比如光催化剂的聚集态、晶体结构、光谱响应等都会影响到反应的速率和效果。
二、光催化氧化还原反应的应用1.水处理领域在水处理领域，光催化氧化还原反应已经被广泛应用。
利用光催化剂和紫外线辐射，可以将含有氯、臭味物、酸碱性有机物、有机色素和细菌的水体净化。
光催化技术能高效降解水体中的污染物，不会产生二次污染，以及节约能源等优势，成为目前最有效的水净化技术之一。
2.大气净化从空气中去除挥发性有机物（VOCs）是现代工业产业领域面临的重要环保问题之一。
因为挥发性有机物能在大气中形成污染物，导致环境污染和健康问题。
光催化氧化还原反应可以利用光催化剂的作用和紫外线照射，将大气中的VOCs分解成无害的气体和水，达到消除污染的目的。
光催化技术在水处理中的研究
光催化技术在水处理中的研究在当今社会，水资源的保护和净化成为了全球性的重要课题。
随着工业化和城市化的快速发展，大量的废水排放对环境和人类健康造成了严重威胁。
传统的水处理方法在应对日益复杂的水污染问题时，逐渐显现出其局限性。
因此，探索和研究新型、高效的水处理技术显得尤为迫切。
光催化技术作为一种具有广阔应用前景的新兴技术，为水处理领域带来了新的希望。
光催化技术的原理是基于半导体材料在光照条件下产生的氧化还原反应。
当半导体材料（如二氧化钛、氧化锌等）受到能量等于或大于其带隙能的光照射时，价带上的电子会被激发跃迁至导带，同时在价带上留下空穴。
这些光生电子和空穴具有很强的氧化还原能力，可以与水分子和溶解在水中的污染物发生反应，将其分解为无害物质。
在水处理中，光催化技术具有诸多优势。
首先，它能够有效地降解各种有机污染物，包括难以生物降解的有机物。
例如，印染废水中的染料分子、制药废水中的药物残留等，都可以通过光催化过程得到有效去除。
其次，光催化反应条件温和，通常在常温常压下即可进行，不需要高温高压等苛刻条件，降低了处理成本和能耗。
此外，光催化技术还具有操作简单、无二次污染等优点。
然而，光催化技术在实际应用中也面临着一些挑战。
其中一个关键问题是光催化剂的量子效率较低。
由于光生电子和空穴在半导体内部和表面容易复合，导致其参与氧化还原反应的效率不高。
为了提高量子效率，科研人员采取了多种策略，如对半导体进行掺杂改性、构建异质结结构等。
通过引入杂质能级或形成异质结，可以有效地促进光生电子和空穴的分离，从而提高光催化性能。
另一个挑战是光催化剂的回收和再利用问题。
在实际水处理过程中，通常需要将光催化剂分散在水中以充分接触污染物，但这也使得催化剂的回收变得困难。
为了解决这一问题，研究人员开发了负载型光催化剂，将半导体材料负载在具有较大比表面积和良好稳定性的载体上，如活性炭、沸石等。
这样不仅便于催化剂的回收，还可以提高其稳定性和使用寿命。
光催化氧化技术在水处理中的应用
光催化氧化技术及其在水处理中旳应用摘要: 简介了光催化氧化旳机理及光催化氧化反应旳重要影响原因, 就TiO2固定化制备、改性、光催化氧化在工业废水以及饮用水处理中旳应用进行了论述。
关键词: 光催化氧化Ti02光催化剂水处理1 引言光催化氧化法是近二十年才出现旳水处理技术, 1972年, Fu—jishima和Honda报道了在光电池中光辐射Ti02可持续发生水旳氧化还原反应, 标志着光催化氧化水处理时代旳开始。
1976年, Carey等在光催化降解水中污染物方面进行了开拓性旳工作。
光催化技术具有反应条件温和、能耗低、操作简便、能矿化绝大多数有机物、可减少二次污染及可以用太阳光作为反应光源等突出长处[1], 在难降解有机物、水体微污染等处理中具有其他老式水处理工艺所无法比拟旳优势, 是一种极具发展前途旳水处理技术, 对太阳能旳运用和环境保护有着重大意义。
2 光催化氧化原理光催化氧化还原以n型半导体为催化剂, 如TiO2.ZnO、Fe2O3.SnO2.WO3等。
TiO2由于化学性质和光化学性质均十分稳定, 且无毒价廉, 货源充足, 因此光催化氧化还原清除污染物一般以TiO2作为光催化剂。
光催化剂氧化还原机理重要是催化剂受光照射, 吸取光能, 发生电子跃迁, 生成“电子—空穴”对, 对吸附于表面旳污染物, 直接进行氧化还原, 或氧化表面吸附旳羟基OH-, 生成强氧化性旳羟基自由基（OH）将污染物氧化[2]。
当用光照射半导体光催化剂时, 假如光子旳能量高于半导体旳禁带宽度,则半导体旳价带电子从价带跃迁到导带, 产生光致电子和空穴。
水溶液中旳OH- 、水分子及有机物均可以充当光致空穴旳俘获剂, 详细旳反应机理[3]如下（以TiO2为例）:TiO2 + hν→h+ + eh++ e- →热量H2O →OH- + H+h+ + OH-→OHh+ + H2O + O2- →·OH + H+ + O2-h+ + H2O →·OH + H+e- + O2 →O2-O2- + H+ →HO2·2 HO2·→O2 + H2O2H2O2 + O2- →OH + OH- + O2H2O2 + hν→2 OHMn+(金属离子) + ne+ →M3 光催化氧化反应旳重要影响原因3.1催化剂性质及用量可用于光催化氧化旳催化剂大多是金属氧化物或硫化物等半导体材料, 如TiO2.ZnO、CeO2.CdS、ZnS等.在众多光催化剂中, Ti02是目前公认旳最有效旳半导体催化剂, 其特点有：化学性质稳定, 能有效吸取太阳光谱中弱紫外辐射部分, 氧化还原性极强, 耐酸碱和光化学腐蚀, 价廉无毒, 本文重要简介TiO2。
光催化技术在水处理中的应用研究
光催化技术在水处理中的应用研究光催化技术在水处理中的应用研究引言：随着工业化和城市化的快速发展，水污染问题日益严重，给人们的生活和环境带来了巨大的威胁。
因此，寻找高效、经济、环保的水处理技术成为当今社会亟需解决的问题之一。
光催化技术作为一种新型的水处理技术，具有广阔的应用前景。
本文将重点介绍光催化技术在水处理中的应用研究。
一、光催化技术的原理与机制光催化技术是指利用光能激发催化剂表面上的电子，使其与溶液中的污染物发生反应，从而将有害物质转化为无害物质的技术。
其原理主要基于半导体材料的光催化性质。
当半导体材料受到光照时，其能带结构会发生改变，使得电子和空穴分离，形成电子-空穴对。
这些电子-空穴对具有较高的氧化还原能力，可以参与溶液中的氧化还原反应，从而分解和去除有害物质。
二、光催化技术在水处理中的应用1. 光催化降解有机污染物光催化技术可以降解水中的有机污染物，如苯系物、酚类化合物、农药等。
通过调节光催化剂的种类和光照条件，可以实现高效、快速的降解过程。
此外，光催化技术还可以降解难降解的有机物，如多环芳烃等。
2. 光催化杀菌消毒光催化技术还可以用于水中的细菌、病毒和寄生虫的杀灭。
光催化剂的氧化还原能力可以破坏微生物的细胞膜和核酸结构，从而实现杀菌消毒的效果。
相比传统的消毒方法，光催化技术具有更高的效率和更低的残留物产生。
3. 光催化去除重金属离子光催化技术还可以去除水中的重金属离子，如铅、汞、镉等。
光催化剂的氧化还原能力可以将重金属离子还原为金属沉淀，从而实现去除的效果。
此外，光催化技术还可以将重金属离子转化为不溶于水的化合物，从而降低其毒性和溶解度。
4. 光催化去除有机废水中的色度光催化技术可以去除有机废水中的色度，如染料废水。
光催化剂的氧化还原能力可以将有机染料分解为无色的低分子化合物，从而实现去色的效果。
此外，光催化技术还可以去除废水中的有机物，减少废水对环境的污染。
三、光催化技术的优势与挑战光催化技术在水处理中具有以下优势：1. 高效性：光催化技术具有高效的降解和去除效果，可以在较短的时间内将有害物质转化为无害物质。
光催化氧化技术在水处理中的应用及研究进展
㊀２０１９年４月J o u r n a l o fG r e e nS c i e n c e a n dT e c h n o l o g y第８期收稿日期:２０１９Ｇ０３Ｇ１８作者简介:余㊀臻(１９８７ ),女,硕士,助教,研究方向为水污染控制.光催化氧化技术在水处理中的应用及研究进展余臻(四川建筑职业技术学院,四川德阳６１８０００)摘要:指出了光催化氧化技术是一种新型的水处理技术,与传统水处理技术相比在难降解有机物㊁微污染有机物㊁饮用水等处理中有很大优势,介绍了光催化氧化技术的作用机理㊁常用的催化剂T i O ２特点及其一般的改性方法,探讨了光催化氧化技术在废水和饮用水中的应用及研究进展.关键词:光催化氧化;T i O ２;水处理中图分类号:X ７０３㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:A㊀文章编号:１６７４Ｇ９９４４(２０１９)８Ｇ００６２Ｇ０２１㊀引言光催化氧化技术是一种新型的水处理技术.光催化氧化技术具有反应条件温和(一般在常规条件下即可实现)㊁能耗低(可利用太阳能作为光源)㊁操作简便等优点.与传统的水处理工艺相比,在难降解有机物㊁微污染有机物㊁饮用水等处理中有很大优势２㊀光催化氧化机理光催化氧化机理目前研究并不完善,一般认为光催化氧化法是以紫外光㊁模拟太阳光或者自然光等光源,以半导体材料T i O ２㊁Z n O ㊁WO ３等作为催化剂,一般认为光催化反应的原理可以用半导体的能带理论来解释,这些半导体粒子的能带结构一般由填满电子的价带和空的高能导带构成,价带和导带直接存在禁带,当受到等于或大于禁带宽度的光照射到半导体时,价带表面的电子被激发跃迁到导带上形成光生电子,而在价带上就会产生光生空穴,这样就在半导体的内部形成电子空穴对,在电场作用下或者扩散的方式运动,会使得电子空穴对迁移到粒子的表面.空穴因具有极强的氧化性,可将其表面吸附的有机物或者催化剂或OH－及H ２O 分子氧化成羟基自由基 OH ,OH 生成会立即与有机化合物发生反应,反应时消耗 OH 而有机物被氧化而矿化,随之被分解,应用在水体中即可使水得到净化.３㊀T i O ２光催化剂的特点T i O ２是一种常见的催化剂,在众多的光催化剂中,是目前认为的最有效的半导体材料有锐钛矿型㊁金红石型和板钛矿型３种,一般同样条件下锐钛矿型催化活性是最好的.其化学稳定性高,氧化还原性强,且耐酸碱和光化学腐蚀,对太阳光紫外光部分能加以利用,便宜而且无毒.由于以上特点在光催化反应中一般多用作为T i O ２催化剂,一般能够达到很好的效果.但是由于T i O ２能够吸收的波长范围较窄,光吸收阈值小于４００n m ,对太阳光的利用率不算高,所以针对于此对T i O ２的改性进行了一些研究,主要有:①通过使不同禁带宽度的半导体材料的复合提高电荷的分散效果,从而扩大吸收波长,②掺杂金属离子,用来捕获导带中的电子.４㊀光催化氧化技术在废水中的应用４．１㊀焦化废水焦化废水是煤高温干馏㊁煤气净化㊁副产品回收与精制过程中产生的工业有机废水,组分复杂㊁污染物浓度高㊁毒性大等是其主要特点,是一种难降解的工业废水.肖俊霞等[１],研究发现以T i O ２为氧化剂光催化氧化降解焦化废水外排水,T i O ２投加量４g/L ,不改变溶液p H 值的条件下,反应３h ,T O C 的去除率可达５３．４０％,有机物种类由６６种下降至２３种.４．２㊀农药废水农药废水一般成分复杂㊁难降解㊁且含有大量的无机盐,一般农药废水的水质水量变化大.蒋裕平等[２]研究发现,通过对水体中的T O C ㊁B O D ５㊁石油类物质的含量进行光催化氧化降解反应发现,控制农药废水p H 值为９,铁碳比为１ʒ１,催化剂T i O ２的投加量为１g /L 时,处理农药废水效果最好.施帆君等[３]研究发现,用T i O ２光催化氧化法处理农药废水,以C O D C r 的去除率处理效果作为研究对象,发现在p H 值为９,反应时间１２０m i n ,T i O ２投加量为２．６４g /L 时达到最好处理效果.４．３㊀染料废水印染废水是印染工业生产过程中染料的流失占全部染料总产量的约１５％和各工序的废水混合而成,具有排放量大㊁有机物含量高㊁水质变化大等特点,是工业废水中的主要来源之一.吴兆美等[４],用掺硼氧化银为氧化剂在可见光下,光催化氧化降解甲基橙及印染废水混合物,发现可在１２０s 内实现甲基橙完全降解,p H 值为５~１０,印染废水混合物在２５m i n 内可完全降解.王智[５]用光催化氧化法用含有柠檬酸铁的水溶液降解结晶紫,可以利用太阳能光解过程使得C O D 去除率达到８５％以上的.孙广垠等[６]在p H 值为６．０,光照时间１２０m i n ,H ２O ２投加量未３．０mm o l /L ,以T i O ２为催化剂投２６㊀余㊀臻:光催化氧化技术在水处理中的应用及研究进展环境与安全加量０．５g/L的条件下,采用光催化氧化降解印染废水发现C O D和色度去除率分别为７６．８％和８９％.４．４㊀造纸废水造纸废水是一种含有大量的纤维素㊁木质素㊁松香酸等难降解有机物,可生化性差,污染物浓度高,C O D 含量高,排放量大的一种废水.韩沛等[７]研究发现,用溶胶－凝胶法制备纳米T i O２为催化剂用量１０g/L,光照反应时间１h,造纸废水的C O D和色度的去除率分别在７０％和７５％以上,深度处理麦草造纸废水,可达标排放.高治国等[８]研究发现,用经过双元素(F e和C e)掺杂改性的催化剂T i O２,对光的利用率高于未掺杂的催化剂,在用其处理造纸废水经过１８０m i n,脱色率和C O D C r的去除率分别在９０％和８３％以上.５㊀光催化氧化技术在饮用水处理中的应用５．１㊀微量有机污染物饮用水的微量有机污染物有很多种,一般存在有动植物在自然循环中分解所产生的物质如腐殖质等,水处理中产生的消毒副产物如三卤甲烷等,还有工业废水和农业排水所含的一些物质.吴伟等[９]使用市售P２５(粒径２１n m,比表面积５０m２/g)作为光催化剂浓度为０．５g/L,在p H值为６．２５,腐殖酸的初始浓度为２０m g/L,光照时间１８０m i n的条件下,腐殖酸几乎完全脱色, T O C去除率高达９７．９％,而消毒副产物C H３C l３从初始浓度３２６．２μg/L下降到１０．４μg/L,去除率达到９５％以上.杨敏[１０]研究发现,利用溶胶凝胶法合成纳米T i O２/S e复合催化剂,用其进行光催化氧化反应,在p H 值为６．５,催化剂投加量为１．５g/L,初始浓度为１０m g/ L的条件下,用２０w紫外灯光照反应３h,腐殖酸的去除率最佳达到７８．８％.５．２㊀藻毒素水体中由于水体富营养化带来了许多藻类,藻类爆发性的繁殖会带来藻毒素的污染,而藻毒素本身就目前研究而言是一种潜在的致癌物质.姚杭永等[１１]在研究中发现,M C L R溶液浓度为１００μg/L,加入负载一次的催化剂３g/L,反应１５m i n M C L R的去除率为９４％,２０m i n后可被完全去除.杨静等[１２]研究发现,用可见光照射用溶胶凝胶法合成的氮掺杂的催化剂N－T i O２降解M C－L R,在反应条件下,反应１４hM C－L R的去除率可达１００％,２０h矿化度可达５９％.郭燕飞等[１３]以合成碳氮共掺杂的二氧化钛(C,N－T i O２)为催化剂,反应１０h后对叶绿素a的去除率达到８３％,反应６h对M C －L R的去除率可达８９．９％.５．３㊀饮用水中的细菌在饮用水处理中,如果含有水微生物可能会导致传染病等的出现,用光催化氧化可以破坏细菌的细胞壁㊁破坏遗传物质.与传统氯气消毒技术相比,传统消毒只能消除３０％~９０％的水体微生物,且会造成二次污染,而光催化氧化不仅可以杀灭细菌㊁病毒还可以将其分解,避免水微生物死亡后释放出有毒成分.肖娜等[１４]研究发现在太阳光下,用杂化的T i O２－N薄膜处理饮用水中的大肠杆菌其灭菌率可达５７．７％,在杂化的T i O２－N薄膜上掺杂A g,可使得大肠杆菌的灭菌率达到９０％以上.A b e l e d o等[１５]研究发现用T i O２光催化剂和H２O２在模拟太阳光照的情况下,发现水中的隐孢子虫卵囊的生命特征大幅下降.６㊀展望光催化氧化技术是一种高效㊁节能㊁无二次污染的新型的水处理技术,但目前对其机理的研究并不完善还有待进一步的研究证明.在最常用的催化剂T i O２的应用中发现,为了尽可能的利用太阳光,需扩大其波长的吸收范围,需要进一步对T i O２的改性寻找更经济㊁合成更便利㊁利用率越高㊁降解效果越好的改性催化剂.参考文献:[１]肖俊霞,吴贤格．焦化废水外排水的T i O２光催化氧化深度处理及有机物组分分析[J]．环境科学研究,２００９,２２(９):１０４９~１０５５．[２]蒋裕平,陈少宏．铁碳法和光催化氧化法处理富含农药农业废水的效果[J]．江苏农业科学,２０１３,４１(５):３６３~３６５．[３]施帆君,崔康平,杨㊀阳,等．F e n t o n试剂与T i O２光催化氧化农药废水研究[J]．人民黄河,２０１０,３２(１１):６２~６４．[４]吴兆美,曾㊀娅,王晓燕,等．掺硼氧化银催化剂制备及降解模拟印染废水[J]．环境工程学报,２０１６,１０(６):２８４７~２８５４．[５]王㊀智．光催化氧化法降解印染废水中结晶紫的实验研究[J]．工业安全与环保,２０１４,４０(８):７０~７１．[６]孙广垠,宋吉娜,张㊀娟．T i O２光催化氧化法深度处理印染废水的研究[J]．工业水处理,２００９,２９(８):２５~２７．[７]韩㊀沛,龚文琪,杜金逵．纳米T i O２光催化氧化处理造纸废水的试验研究[J]．武汉理工大学学报,２００９,３１(１２):８１~８３．[８]高治国,陈文通,郑琳琳．光催化氧化处理造纸废水的试验研究[J]．辽宁化工,２０１１,４０(３):２２７~２２９．[９]吴㊀伟,H uJ i a n g y o n g,赵雅萍．T i O２光催化降解腐殖酸的实验研究[J]．华东师范大学学报(自然科学版),２０１１(２):１１９~１２５．[１０]杨㊀敏．纳米T i O２/S e复合催化剂光催化氧化处理水中腐殖酸的研究[D]．苏州:苏州科技学院,２０１０．[１１]姚永杭,夏良亮,闵㊀浩．活性炭负载T i O２光催化降解微囊藻毒素－L R[J]．环保科技,２０１１,１７(２):５~９．[１２]杨㊀静,陈登霞,邓安平,等．掺氮二氧化钛可见光照射降解微囊藻毒素－L R[J]．中国科学,２０１０,４０(１１):１６８８~１６９６．[１３]郭燕飞,吴苏舒,胡晓东,等．可见光响应的碳氮共掺杂T i O２抑杀蓝藻和降解微囊藻毒素(M C－L R)的研究[J]．环境工程,２０１８,３６(６)．[１４]肖㊀娜,徐明芳,虞英杰,等．可见光响应氮杂化T i O２－N薄膜对水源水体的杀菌作用[J]．安徽农业科学,２０１０,３８(３):６７８１~６７８４．[１５]A b e l e d oL MJ,A r e sE,G o m e zC H．E v a l u a t i o no f s o l a r p h o t oＧc a t a l y s i s u s i n g T i O２s l u r r y i n t h e i n a c t i v a t i o n o f C r y p t o s p o r i d i u mp a r v u mo o c y s t s i nw a t e r[J]．E n v i r o n．S c i．T e c h n o l．,２０１３(４７):６４６３~６４７０．３６。
光催化氧化处理技术在水处理中的应用
光催化氧化处理技术在水处理中的应用水是人类生存的基础之一，但是随着工业和城市化的发展，水污染的问题日益严重。
为了解决这个问题，人们研究和发展了各种水处理技术，其中光催化氧化处理技术是一种先进的技术，可以有效地降解水中的有机污染物。
本文将详细介绍光催化氧化处理技术在水处理中的应用。
一、光催化氧化处理技术的原理光催化氧化处理技术是利用光源和催化剂使污染物在氧的存在下发生氧化反应，最终达到降解有害物质的目的。
催化剂通常是具有光催化活性的半导体材料，比如钛酸盐、铟氧化物、锌氧化物等。
当光照射在催化剂表面时，会产生电子和空穴，这些电子和空穴会在催化剂表面上不断地发生复合反应，释放出能量，从而引发氧化反应。
在氧化反应中，污染物分子与氧分子的碰撞会产生自由基，自由基会进一步与水分子发生氧化反应，最终将污染物降解为无害的物质。
二、光催化氧化处理技术的优点与传统的水处理技术相比，光催化氧化处理技术有以下几个优点：1. 高效性：光催化氧化处理技术可以高效地降解水中的有机污染物，处理效率通常可以达到90%以上。
2. 无需加入化学试剂：除了催化剂外，光催化氧化处理技术无需加入任何化学试剂，减少了对环境的污染，避免了化学试剂残留的问题。
3. 可持续性：光催化氧化处理技术是一种可持续的技术，能够利用太阳能等可再生能源进行处理，减少了对非可再生能源的依赖。
4. 适用范围广：光催化氧化处理技术适用于各种不同类型的水源，例如城市污水、工业废水、农业废水等。
三、光催化氧化处理技术在水处理中的应用1. 城市污水处理城市污水中含有大量的有机物和氮、磷等营养物质，这些物质如果排放到自然界中会严重污染环境。
光催化氧化处理技术可以高效地降解城市污水中的有机物和营养物质，减少对环境的污染。
在实际应用中，光催化氧化技术可以与生物处理技术结合使用，达到更好的处理效果。
2. 工业废水处理工业废水中含有大量的有机物和重金属等有毒物质，对环境和人体健康都具有很大的影响。
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光催化氧化技术及其在水处理中的应用摘要：介绍了光催化氧化的机理及光催化氧化反应的主要影响因素，就TiO2固定化制备、改性、光催化氧化在工业废水以及饮用水处理中的应用进行了阐述。
关键词：光催化氧化Ti02光催化剂水处理1 引言光催化氧化法是近二十年才出现的水处理技术，1972年，Fu—jishima和Honda报道了在光电池中光辐射Ti02可持续发生水的氧化还原反应，标志着光催化氧化水处理时代的开始。
1976年，Carey等在光催化降解水中污染物方面进行了开拓性的工作。
光催化技术具有反应条件温和、能耗低、操作简便、能矿化绝大多数有机物、可减少二次污染及可以用太阳光作为反应光源等突出优点[1]，在难降解有机物、水体微污染等处理中具有其他传统水处理工艺所无法比拟的优势，是一种极具发展前途的水处理技术，对太阳能的利用和环境保护有着重大意义。
2 光催化氧化原理光催化氧化还原以n型半导体为催化剂，如TiO2、ZnO、Fe2O3、SnO2、WO3等。
TiO2由于化学性质和光化学性质均十分稳定，且无毒价廉，货源充分，所以光催化氧化还原去除污染物通常以TiO2作为光催化剂。
光催化剂氧化还原机理主要是催化剂受光照射，吸收光能，发生电子跃迁，生成“电子—空穴”对，对吸附于表面的污染物，直接进行氧化还原，或氧化表面吸附的羟基OH-，生成强氧化性的羟基自由基（OH）将污染物氧化[2]。
当用光照射半导体光催化剂时，如果光子的能量高于半导体的禁带宽度,则半导体的价带电子从价带跃迁到导带，产生光致电子和空穴。
水溶液中的OH- 、水分子及有机物均可以充当光致空穴的俘获剂，具体的反应机理[3]如下（以TiO2为例）：TiO2 + hν→h+ + eh++ e- →热量H2O →OH- + H+h+ + OH-→OHh+ + H2O + O2- →·OH + H+ + O2-h+ + H2O →·OH + H+e- + O2 →O2-O2- + H+ →HO2·2 HO2·→O2 + H2O2H2O2 + O2- →OH + OH- + O2H2O2 + hν→2 OHMn+(金属离子) + ne+ →M3 光催化氧化反应的主要影响因素3.1催化剂性质及用量可用于光催化氧化的催化剂大多是金属氧化物或硫化物等半导体材料，如TiO2、ZnO、CeO2、CdS、ZnS等.在众多光催化剂中，Ti02是目前公认的最有效的半导体催化剂，其特点有：化学性质稳定，能有效吸收太阳光谱中弱紫外辐射部分，氧化还原性极强，耐酸碱和光化学腐蚀，价廉无毒，本文主要介绍TiO2。
TiO2有3种晶型，锐钛矿型、金红石型和板钛矿型，仅锐钛矿型和金红石型具有光催化活性，其中锐钛矿型TiO2催化活性比金红石型TiO2好，但是两种晶型混合后的光催化材料活性会更好，原因是锐钛矿型TiO2导带上的光生电子会跃迁到较不活跃的金红石型TiO2上，抑制锐钛矿型TiO2的光生e-／h+的复合。
光催化材料的粒径对催化活性影响也比较大，一般半导体的粒径越小，比表面积越大，越会产生量子尺寸效应和小尺寸效应使阈能提高，导致带隙变宽，提高e-／h+的氧化-还原能力，但复合机会也随之增多，出现光催化活性随量子化增加而下降的现象。
因此，可能存在最佳的光催化活性粒径范围。
在光催化反应中，催化剂的投加量较少时，紫外光吸收率低，有效光子不能完全转化为化学能，产生的·OH也较少。
适当增加催化剂的用量会产生更多的e-／h+，增强光催化降解作用。
但是催化剂用量过多时，由于·OH产生的速度过快，e-／h+发生自身复合反应，氧化能力反而会降低。
同时，催化剂过量会造成光的散射，影响透光率[4]，进而影响催化效果。
3.2 pH值pH值影响半导体的能级结构、表面特性和吸附平衡，对光催化降解反应有很大的影响。
高pH值有利于OH-生成·OH，低pH值有利于H：O分子生成·OH，所以在整个pH值范围内都有生成·OH的反应，光催化氧化反应都是热力学可行的。
溶液的pH值对光催化氧化反应的影响还与有机污染物的种类有关，多数有机物在高酸度或者高碱度时会有较大的降解率，而接近中性时降解率较小，这与有机物的光催化反应机理及废水成分的具体特性有关。
以TiO2降解苯酚为例[5]，TiO2颗粒表面电荷随介质pH值不同而改变。
溶液pH值较低时，TiO2表面带正电荷，有利于阴离子物质的吸附，苯酚在TiO2表面的吸附增加；溶液pH值较高时，TiO2颗粒表面呈负电性，虽然苯酚不易在TiO2表面吸附，但吸附在TiO2表面的OH一增多，相应地由h+氧化OH一生成的·OH增多，氧化速率增大。
由于pH值太大或太小都不利于·OH的稳定存在，所以不同光催化氧化反应都会有一个最佳的pH值范围。
3.3光源强度及光照时间汞灯、紫外光、黑光灯、模拟太阳光、日光和自然光等都可作为光催化氧化反应的光源。
光源的波长、光照强度和光照时间对半导体的光催化活性均有影响。
常用的光催化剂的光响应范围大多在紫外或近紫外波段。
随着光强增加，产生的光子数目增多，光催化剂受光激发产生的高能e-／h+增多，溶液中强氧化性的·OH也随之增多，所以适当增加光照强度能促进废水中有机物降解，但光强太大时，由于存在中间氧化物在催化剂表面的竞争性复合，有机物降解效果改善并不明显[6]。
3.4 外加氧化剂及用量使用外加氧化剂的目的主要是捕获光生电子，减少电子一空穴的复合以提高光催化效率。
常用的外加氧化剂有H2O2和O2，但相对于分子氧来说，H2O2是一种更加优良的电子受体，是·OH 的主要来源。
通常外加氧化剂的用量有一最适量范围，过大或过小都不能取得最好的效果。
随着H2O2量的增加，产生·OH的数量也随之增加，但当产生的·OH达到一定数量之后，过多的·OH又会发生复合，使·OH数量减少，氧化能力变差，而且大量的H2O2分子吸附在光催剂的表面，也会阻碍待降解有机物的吸附。
另外，过量的H2O2也可能成为·OH消除剂，虽然此时也会有过氧化羟基自由基(HO2·)产生，但相对·OH而言其氧化性较弱，不足以氧化难降解的有机物。
强氧化剂如03、K2S208、H202、NaI04、KBr04等加入光催化体系中均可大大提高催化氧化速率，原因是氧化剂作为良好的电子受体能俘获TiO2表面的光生电子e-，抑制了电子与空穴的复合，而且强氧化剂本身也可以直接氧化有机物。
3.5 掺杂及其用量掺杂是将掺杂剂通过反应转入光催化半导体材料的晶格结构之中。
常用的掺杂剂有稀土元素、过渡金属元素、半导体化合物等。
有报道指出，Pt、Pd、Au等重金属可以促进光催化降解作用，Fe3+、Mo5+、Ru3+、Os3+、Re5+和Rh3+等的掺杂量在0.1％一0.5％时也可以显著提高光催化反应活性，但用C03+、Al3+掺杂时反而会抑制光催化反应活性。
掺杂可以提高半导体光催化活性的可能原因如下：(1)适量离子的掺杂(共掺杂)抑制了半导体晶粒的成长，使半导体的粒径减小，比表面积增大，光生电子和空穴从颗粒体内扩散到表面的时间减短、复合几率减小、到达表面的电子和空穴数量多，因此光催化活性高；(2)掺杂后，晶格内部形成缺陷位，成为电子(e-)或空穴(h+)的陷阱，抑制了e-／h+的复合，并使半导体的光谱响应范围向可见光区红移，增强了对可见光的吸收，提高了光催化活性。
3.6污水流速及有机污染物含量在光催化氧化反应器中污水的流速会影响有机物的降解速率，流速越大，光催化氧化反应速率越大。
一般光催化氧化反应遵循Langmuir—Hinshelwood模型，反应速率与催化剂表面积和污水中有机物含量成线性关系，污水中有机物质初始浓度越高，反应速率越大，但最终有机物的降解率反而越小。
3.7 温度、盐类等因素光催化对温度的变化并不敏感，光催化降解酚、六氯苯、草酸时均发现反应速率常数和温度之间的关系符合阿累尼乌斯方程，光催化反应的表观活化能很低。
反应液中各种溶解性盐类对光催化降解反应的影响比较复杂，它不仅与盐的种类有关，还与反应的具体条件有关，可能既存在竞争性吸附，又存在竞争性反应。
有研究报道，高氯酸、硝酸盐对光催化氧化的速率几乎无影响，而硫酸盐、氯化物、磷酸盐则因它们很快被催化剂吸附而使得氧化速率下降20％～70％。
4 Ti02光催化剂制备和改性4.1 Ti02光催化剂的固定化制备针对Ti02粉末回收困难且不能有效利用可见光等缺点，催化剂固定化不仅是解决催化剂回收利用的有效途径，也是运用活性组分和载体的各项功能，以改善催化剂功能的理想形式。
Ti02固定化制备方法主要有：(1)粉体烧结法，此法简单易行，光催化活性较高，但存在牢固性欠佳、分布不均等问题。
(2)偶联法，这种方法将Ti02粉体与载体通过偶联剂粘合在一起，适用于制备Ti02复合涂料。
(3)溶胶一凝胶法制备Ti02薄膜，这是目前常用的一种制备方法。
此法制备的薄膜不仅均匀性和结晶性较好，而且可以通过改变溶胶一凝胶参数来控制膜的表面积和孔结构，制得高活性的催化剂，技术简单，但多次浸渍、提拉使制备过程历时较长。
国内外研究中所应用的载体主要有硅胶、玻璃、铝材、陶瓷、石英玻璃管和光导纤维等。
4.2 Ti02的改性[1]Ti02吸收波长狭窄，对太阳光的利用率低。
为扩展Ti02吸收波长范围和提高光催化活性，对Ti02进行改性研究是十分必要的。
目前对Ti02的改性研究主要集中在以下几个方面：(1)半导体复合。
通过两种不同禁带宽度的半导体复合可提高系统的电荷分散效果，扩大Ti02的光谱响应范围。
复合方式有简单的组合、掺杂、多层结构和异相组合等。
(2)掺杂金属离子。
金属离子掺杂可捕获导带中电子，改变TiQ结晶度，减少Ti02表面光生电子一空穴对的复合，提高了活性，而且还可使Ti02的吸收波长扩展，以达到充分利用可见光的目的(3)表面光敏化。
将一些光活性化合物，如叶绿素、玫瑰红等吸附于半导体表面，从而扩大激发波长范围，增加光催化反应效率。
5 光催化氧化技术在水处理中的应用5.1 工业废水处理5.1.1 含卤衍生物有机氯化物是水中最主要的一类污染物，毒性大，分布广，其治理是水污染处理的一个重要课题。
光催化过程在处理有机氯化物方面显示出了较好的应用前景，目前关于这方面的研究已有许多报道，研究认为卤代烃、卤代脂肪酸等均可完全降解，氯酚、氯苯等经过一系列中间产物生成CO2和HCl。
5.1.2 染料废水染料废水碱度高、色泽深、臭味大，并且还含有苯环、胺基、偶氮基团等致癌物质，一般的生物化学法对于水溶性染料的降解效率很低，且易造成二次污染。