二氧化钛光催化降解有机污染物的性能研究

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H2O?H????H???OHOH??H?????OHO2??H????HO22HO2????O?2?H2O22O2??2H2O???O2?2H2O2

H2O2再产生羟基自由基，通过以下反应：

H2O2?e-???OH???OHH2O2?O2????O2?OH???OHH2O2???2?OH

上述反应表明，O2主要是用于传输的电子，如果空穴的电子分离反应可以顺利进行，光催化反应将继续。如果电子和空穴复合，则不利于光催化反应。在大规模应用中，需考虑以下问题[6]：

（1）二氧化钛的禁带宽度为3.2eV，只能利用太阳光的波长吸收小于387.5rim紫外光，太阳能利用率相对较低；

（2）半导体载流子复合率很高，所以量子效应率低；

（3）直接使用二氧化钛粉体，催化剂失活，易结块和困难固定相体系和固定相的条件比较严格，光催化活性降低。

1.3纳米TiO2在废水处理上的应用[7]

1.3.1含油废水

含油废水主要产生于油田的开发生产中炼油过程或者油品的意外泄漏。一般油气田在开发的过程中，伴随着时间的不断推移，一些油田内的含水的份量会不断地提高，中国国内所有的油田油气资源总计的含油量约为268亿吨[12]。处理含油废水最主要的是要消除油相与水相相交处那一层天然形成的表面活性剂，从而让油可以如同一般

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污染物那样被普通方法所降解。由于纳米TiO2的物理特性，使得这种催化剂十分容易进入界面层进行光催化降解，同时可去除石油工业产生的废水中的一些难以降解的有机污染物如苯酚、硫化氢、硫醇、环烷酸和其他物质。含油废水一般难以处理，通常使用的复合材料降解以达到更好的效果。一些石油或石化产业的副产物因为一些意外，如轮船泄漏等其他因素，产生了不可避免的大面积的污染，而且一般的化学上的手段是难以对这种污染进行高效处理的，而更加需要注意的是，有一些化学手段反而会对环境造成二次污染。这些污染由于特殊因素，无法进行有效的预防，是突然的情况下发生的，在采集与治理方面是一个巨大的难点。同时，这些含油废水不是通过诸如乳化的方式与水结合，在大多数的情况下是以一种类似于油膜的形式漂浮在水面上的。纳米二氧化钛粉体的密度要比水大，只能将纳米TiO2负载于密度小于水的物质如膨胀珍珠岩等，这样可以让二氧化钛与油水界面有效并且充分接触，从而达到降解有机污染物的目的。

1.3.2制药废水

制药废水指一些药厂在生产工作结束后，随意倾倒排泄的废水。有机磷农药是最常用的农药，其生产过程中累计排放的废水的毒性非常强，而且还具有生物积累的特性，一直以来，此废水如何处理是个难题。纳米TiO2薄膜对百草枯进行光催化降解，发现15h后百草枯的降解效果不理想。而采用二氧化钛所制取的复合催化剂进行多达10次降解实验后，敌敌畏的降解率保持在86%以上。

1.3.3印染废水

有机染料大量应用于纺织和其他工业过程中，一般具有特定的颜色，结构多样。许多有机染料不能自然降解，有潜在的毒性。用纳米二氧化钛可光致漂白8大类共

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15种染料，漂白序列: 靛蓝染料≈菲律宾>三苯甲烷染料>染料>喹啉染料>噻嗪染料>蒽醌染料。

1.3.4造纸废水

众所周知造纸业会产生大量的废水，这些废水不仅含有酚、氯代酚类、卤素等难降解有机污染物，COD和色度高，而这些污染物很难用常规混凝法、生化法、酸沉法等手段进行有效的处理。单纯利用纳米TiO2光催化降解造纸业产生的废水，效果非常有限。通常需要用组合工艺来取得较好的效果，例如吸附和光催化联合处理草浆造纸废水，去除率可达96%，，处理后达到废水排放标准。

1.3.5表面活性剂废水

日常生活中会用到许多的表面活性剂，而这一些表面活性剂在被利用过后便会排放至下水道，对环境形成巨大污染，此类废水中通常含有大量难以降解的芳香族有机化合物。纳米TiO2催化剂能使表面活性剂分子上的芳环断裂，很大程度上降低了毒性，减少了对环境产生的破坏。根据表面活性剂的特点，纳米TiO2催化剂可以和超声波处理技术结合，2h几乎可以将十二烷基苯磺酸钠（SDS）全部降解 。

1.3.6垃圾渗滤液

垃圾渗滤液，顾名思义，指大量垃圾的堆积过程中累计产生的废液，此废液用熟知的常规降解手段几乎无法降解，但是可采用纳米二氧化钛进行光催化降解，降解过程的去除率可高达72%，当然光催化氧化和其他相关技术结合可更加有效，如光催化沉淀吸附，光催化膜分离，光催化氧化法，从而对垃圾渗滤液进行深度处理。

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1.3.7重金属废水

重金属废水，在一般的情况下，利用一些简单的氧化还原反应即可达到初步的降解，但是这种方法成本较高，而且费时费力，在面对组分复杂的一些金属废水时，往往有心无力。纳米二氧化钛表面原子可通过静电作用结合重金属离子，对金属离子具有较强的降解能力。近年来，纳米TiO2光催化技术已成功应用于汞，铬，镉，锰废水的处理。

1.3.8无机非金属废水

无机非金属废水，一般情况下用二氧化钛进行降解可以达到十分好的效果，甚至远超一般的方法。比如，对含硫废水采取光催化的方式进行处理，降解3h后，硫化物去除率可以高至95%以上。氧化氨氮废水用纳米TiO2光催化降解，8h就能让氨氮的质量浓度度从238mg/L降至8m/L，达到97%的降解率。

1.4 本文的研究意义，目的以及内容

1.5.1研究意义

二氧化钛在光催化这一方面已经得到了许多的关注，它能有效降解许多种类污染物，如染料、农药、表面活性剂和氯化有机物等。光催化氧化具有以下优点：（1）光催化降解有机物不会产生对环境的二次污染；（2）光催化降解在自然环境常温常压下就可以进行，可以避免许多复杂的操作；（3）反应过程仅仅需要光催化剂和光能，减少了大量其他化学物质的消耗；（4）光催化剂廉价，稳定，无毒。我国钛资源储量丰富，TiO2由于光催化活性高，化学稳定性好、耐腐蚀，价格便宜，成为多相光催化领域研究的热点，被公认为最有前途的环保的清洁绿色光催化剂，并得到多方面的应用。目前如何进一步提高催化活性是二氧化钛应用的关键，本文采用水热法

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