多相光催化技术

第二阶段
生物膜法 十八世纪中叶，欧洲工业革命开始，其中，城市生活污水中的有机物成为去除重点。 1881年，法国科学家发明了第一座生物反应器，也是第一座厌氧生物处理池—moris池诞 生，拉开了生物法处理污水的序幕。1893年，第一座生物滤池在英国威尔士（wales）投 入使用，并迅速在欧洲北美等国家推广。技术的发展，推动了标准的产生。1912年，英 国皇家污水处理委员会提出以BOD5来评价水质的污染程度。
缺点
• 该技术的建设投资大，运行费用高，限制了其应用。但光催化氧化的处 理费用高，设备复杂，在经济上还不能扩大应用，只限于小规模水量的 处理，而且光催化氧化法在实际应用中还面临着催化剂中毒后的再生问 题。
二氧化钛在化妆品产业的应用
• 呈现自然肤色的美白 二氧化钛着色力极低，将其制成肤色粉末，生产中不需另加颜料，避免了大 量色素加入对人体造成危害，同时也避免了化妆品久放后，色素析出。 纳米二氧化钛微粒的大小与其抗紫外能力密切相关。当其粒径等于或小于光 波波长的一半时，对光的反射、散射量最大，屏蔽效果最好。紫外线的波长在 190~400nm之间，因此纳米二氧化钛的粒径不能大于200nm，最好不大于100nm。但 是，也不是颗粒越小越好，粒度太小容易团聚，不利于分散，还易于堵塞皮肤的 毛孔，不利于透气和汗液的排除。一般说来，当其粒径在30~100nm之间时，对紫 外线的屏蔽效果最好。由于其颗粒较细，制成品透明度高，能透过可见光，加入 化妆品使用时皮肤白度自然，克服了有的有机物或颜料级二氧化钛不透明，使皮 肤呈现不自然的苍白色的缺点。
第三阶段
1914年，Arden和Lokett在英国化学工学会上发表了一篇关于活性污泥法的论文，并于 同年在英国曼彻斯特市开创了世界上第一座活性污泥法污水处理试验厂。两年后，美 国正式建立了第一座活性污泥法污水处理厂。 活性污泥法的诞生，奠定了未来100年间城市污水处理技术的基础。 活性污泥法诞生 之初，采用的是充-排式工艺，由于当时动控制技术与设备条件相对落后，导致其操作 繁琐，易于堵塞，与生物滤池相比并无明显优势。之后连续进水的推流式活性污泥法 （CAs法）出现后很快就将其取代，但由于推流式反应器污泥耗氧速度沿池长是变化的， 供氧速率难以与其配合，活性污泥法又面临局部供氧不足的难题。1936年提出的渐曝 气活性污泥法(TAAs)和1942年提出的阶段曝气法(SFAS)，分别从曝气方式及进水方式 上改善了供氧平衡。1950年，美国的麦金尼提出了完全混合式活性污泥法。该方法通 过改变活性污泥微生物群的生存方式，使其适应曝气池中因基质浓度的梯度变化，有 效解决了污泥膨胀的问题。 随着在实际生产生的广泛应用和技术上的不断革新改进， 20世纪40-60年代，活性污泥法逐渐取代了生物膜法，成为污水处理的主流工艺。 1921年，活性污泥法传播到中国，中国建设了第一座污水处理厂—上海北区污水处理 厂。1926年及1927年又分别建设了上海东区及西区污水厂，当时3座水厂的日处理量共 3.55万吨。
• 国内外大量研究表明，纳米TiO2光催化氧化技术对水中污染物的去除具有广泛的适用 性，对水中的卤代脂肪烃，硝基芳烃，多环芳烃，杂环化合物，烃类，酚类，表面活 性剂，农药等都能有效降解，在饮用水深度处理方面具有广阔前景。也有实验表明， 用TiO2作催化剂，在光照下可使60种含氯有机化合物发生氧化还原反应，生成CO2， H2O和其他无害的无机物。该方法的氧化性强，对分解对象无选择性，能够最终使有机 物完全矿化，在饮用水处理中有明显的优越性。
• 多相光催化法已是近年来日益受重视的污染治理新技术[C}]。多相光催化 过程采用半导体材料为催化剂。如入射光的能量大于半导体本身的带隙能 量(bandgap)，则在光的照射下，价带(valence band)电子会被激发到导带 (conduction band )，从而产生具有很强反应活性的电子一空穴对。这些 电子一空穴对迁移到表面后，便可以参与加速氧化还原反应的进行，如使 水中有机污染物氧化或使金属离子还原。光催化过程具有选择性好，且可 在常温常压下进行等优点[CZ]。自1985年。llis发表了第一篇关于光催化 在废水治理方面应用的综述以来Ca]已有许多有关光催化在污染治理方面应 用的研究报道。
• 有关研究还表明，在今后10年中，纳米材料的市场应用开发的速度还会加快，因为 工业国家纳米材料领域的专利自1993年以来一直以每年20%以上的速度递增。资料表 明，西方工业国家在纳米材料及相关领域的科研经费投入每年达75亿美元左右。国 际上在此领域竞争日趋激烈。
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• 优点
• 饮用水的光氧化技术是利用可见光或紫外光的照射作用下，进行复杂反应来深度处理 饮用水的技术。光氧化技术具有极强的氧化能力，有机物去除效率高，对水中有机优 先控制的污染物也能有效分解。20世纪80年代以后，该技术将研究范围扩大到饮用水 深度处理领域，但都还处于实验室和中试阶段，目前研究较多的是光激发氧化技术和 光催化氧化技术。光激化氧化技术是以O3，H2O2，O2和空气等作为氧化剂，将氧化剂 的氧化作用和光化学辐射相结合，可产生氧化能力极强的自由基如-OH等，其氧化效果 要比单独使用UV或O3好。自来水中苯，甲苯，乙苯在氧化1h后，其浓度均降至检测限 以下；三氯甲烷，四氯化碳经2h处理，去除率达90%以上；自来水中169种有机物经2h 处理，广谱分析显示去除率65%以上。
多相光催化技术
小组成员：韩丰泽、刘超、王若宇、吴胜荣
我国水环境的现状 水处理方法的发展历史 多相光催化技术
二氧化钛在化妆品产业的应用及前景
我国水环境的现状
• 随着化学工业的高速发展，有机化学品种类增加，出现了很多毒性大，生物稳 定的有机污染物，如农药，卤代有机物和硝基化合物染料等。现有的废水处理 工艺如吸附、絮凝、臭氧氧化和生物氧化技术，均不能有效去除这类有机污染 物，它们被直接排放或通过地表径流进入到江、河、湖泊等地表水体，导致全 世界的水环境都遭到不同程度的污染。如我国水环境污染出现恶化趋势，水质 富营养化、有机物、氨氮以及令人性微生物严重超标。据统计，目前我国符合 卫生标准的饮水仅占10%，基本符合标准的占20%，不符合饮用标准的达70%，人 类的身体健康受到极大的威胁。面对国家在饮用水安全保障以及水质改善方面 的重大需求，亟待研究经济高效高薪的水处理技术，解决水质污染问题。
第一阶段
• 城市污水处理历史可追溯到古罗马时期，那个时期环境容量大，水体的自净能 力也能够满足人类的用水需求，人们仅需考虑排水问题即可。而后，城市化进 程加快，生活污水通过传播细菌引发了传染病的蔓延，出于健康的考虑，人类 开始对排放的生活污水处进行处理。早期的处理方式采用石灰、明矾等进行沉 淀或用漂白粉进行消毒。明代晚期，我国已有污水净化装置。但由于当时需求 性不强，我国生活污水仍以农业灌溉为主。1762年，英国开始采用石灰及金属 盐类等处理城市污水。
二氧化钛可作为化妆品原料的原因
• 任何二氧化钛都具有一定的吸收紫外线功能，及优异的化学稳定性、热稳定性、无 毒性等性能。超细二氧化钛由于粒径更小（呈透明状）、活性更大，因此吸收紫外 线的能力更强，此外，如消色力、遮盖力、清晰的色调、较低的磨蚀性和良好的易 分散性，决定了二氧化钛是化妆品中应用最广的无机原料。二氧化钛在化妆品行业 世界年消费量80年代估计在3500t—4000t，目前估计在5000t以上10000t以下。根 据其在化妆品中的功能不同，可选用不同品质的二氧化钛。 • 利用钛白的白度和不透明度这两种性能，可使化妆品的颜色范围很宽广，钛白作为 一种白色添加剂时，主要用锐钛型钛白，但考虑到遮盖力和耐晒时，还是应采用金 红石型钛白为好。
二氧化钛应用的前景
• 随着纳米材料研究的深入，纳米组装体系、人工组装合成的纳米结构的材料体系越 来越受到人们的关注，这意味着纳米材料的研究已可以按照人们的意愿设计、组装、 创造新的体系，更有目的地使该体系具有人们所希望的特性，技术上的飞跃，为纳 米材料的应用进一步打开市场的大门，在广泛的领域形成了一大批高技术产品。如 信息与通讯方面的磁性存储器、光学存储器、液晶显示、光学方面的功能性薄膜； 电子方面的原件开发，能源方面的太阳能电源，热敏绝缘体，测量与控制技术方面 的传感器；陶瓷方面的结构陶瓷，功能陶瓷以及其他方面的抗老化橡胶、功能油漆、 光催化降解剂、保洁抗菌材料、超高磁能衡土水磁体等。在纳米材料的市场增长中， o维-3维结构技术，超精度加工技术，超薄膜生产技术，横向结构技术所制造的产品 最具市场增长潜力。