光催化氧化技術是一(yī)種環境友好型綠色水處理技術, 它能夠徹底氧化降解廢水中(zhōng)的有機污染物(wù)。該技術是利用易于吸收光子能量的中(zhōng)間産物(wù)首先形成激發态,然後再誘導引發反應物(wù)分(fēn)子的氧化過程。1972 年 Fujishima A 和 Hongda 在Nature 上發表了關于在TiO2 電極上光解水的論文, 這是多相光催化氧化研究開(kāi)始的标志(zhì)之一(yī)。此後人們對光催化氧化進行深入的研究,探讨其反應催化原理, 并緻力于提高催化效率。1976 年 Carey等在光催化氧化降解水中(zhōng)污染物(wù)方面進行了開(kāi)拓性的工(gōng)作,顯示出光催化氧化技術在環保領域的應用前景。光催化氧化是光催化劑在特定波長光源的照射下(xià)産生(shēng)催化作用,使周圍的水分(fēn)子及氧氣激發形成極具活性的HO!自由基和!O-2 自由基。目前采用的半導體(tǐ)材料主要是TiO2、ZnO、 CdS、 WO3、 SnO2等。不同半導體(tǐ)的光催化活性不同, 對具體(tǐ)有機物(wù)的降解效果也有明顯差别。TiO2因其具有化學穩定性高、 耐腐蝕、 對人體(tǐ)無害、 價帶能級較深等特點, 特别是其光緻空穴的氧化性極高,氧化電位可達+ 2. 53V, 還可在水中(zhōng)形成氧化電位比臭氧還高的HO!, 同時光生(shēng)電子也有很強的還原性,可以把氧分(fēn)子還原成超氧負離(lí)子, 水歧化成H2O2。所以 TiO2 成爲半導體(tǐ)光催化研究領域中(zhōng)最活躍的一(yī)種物(wù)質,非常适合于環境催化應用研究。
一(yī)、 TiO2光催化機理 
  納米TiO2是N型半導體(tǐ),能帶和導帶之間的帶隙能爲3.2eV,其能量相當于波長爲387.5nm的紫外(wài)光,當被該紫外(wài)光照射時,處于能帶上的電子被激發到導帶上,生(shēng)成高活性的電子e-,在能帶上産生(shēng)帶正電荷的空穴h+。TiO2與水接觸,水分(fēn)子和被溶解的氧與産生(shēng)的h+,e-作用,生(shēng)成強氧化性的 .OH-,.O2,并通過.OH-,h+和.O2等漸漸将有機物(wù)降解爲CO2和H2O等無機物(wù)。同時,e-具有強還原性,還可将無機物(wù)高氧化态的氧化物(wù)或貴金屬離(lí)子還原成低氧化态的氧化物(wù)或單質,或将低價離(lí)子氧化成高氧化态的氧化物(wù)沉澱出來,達到治理和回收的目的。
二、TiO2光催化氧化在水處理中(zhōng)的應用 
  2.1 廢水中(zhōng)有機污染物(wù)的降解 
  有機化合物(wù)廢水處理常規方法有吸附法、混凝 沉降法、生(shēng)化法等,但這些常規的處理法目前很難達到去(qù)除難降解有機物(wù)的目的,即使降解了,也易造成二次污染。現在正在發展中(zhōng)的TiO2光催化技術是一(yī) 種深度氧化技術,可以解決這個難題。大(dà)量研究證明,該技術對水中(zhōng)染料、鹵代脂肪烴、鹵代芳烴、有機酸、硝基芳烴、雜(zá)環化合物(wù)、烴類、酚類、表面活性劑、 農藥等都能有效地進行光催化反應,生(shēng)成CO2和 H2O等無機小(xiǎo)分(fēn)子,可以完全達到無機化的目的,從而消除其對環境的污染。  
  2.1.1 染料廢水處理 
  2.1.2 農藥廢水處理 
  農藥廢水主要是除草劑、有機磷農藥、三氯苯氧 乙酸,DDVP、DDT等。其特性表現爲:停留時間長、污染性大(dà),是難于降解的有機物(wù)。采用光催化雖然不能使所有的污染物(wù)完全礦化,但不會産生(shēng)毒性更高的中(zhōng)間産物(wù),是其它方法無法相比的。    
  2.1.3 含油廢水處理 
  含油廢水是一(yī)種不溶于水且漂浮于水面上的油類和大(dà)量的有機物(wù),TiO2光催化技術處理含油廢水,其降解率可達95%左右,一(yī)般不會像使用化學方法一(yī)樣産生(shēng)二次污染。 
  2.1.4 鹵代芳烴處理 
  主要的鹵代芳烴污染物(wù),均可在光催化過程中(zhōng)被完全降解。水中(zhōng)主要鹵代芳烴污染物(wù)在使用TiO2 光催化劑和近紫外(wài)光照射下(xià)的半衰期,大(dà)部分(fēn)在15 min和1.5h之間,相應的完全轉化時間爲1~6h。 
  對于鹵代芳烴的降解,由于中(zhōng)間物(wù)在催化反應中(zhōng)具有較強的吸附作用,反應過程中(zhōng)一(yī)般檢測不到中(zhōng)間物(wù),并且鹵素取代程度比較低的污染物(wù)通常降解速度比較慢(màn)。 
  2.2 廢水中(zhōng)無機化合物(wù)的降解 
  廢水中(zhōng)雖然含有大(dà)量的有機污染物(wù),但也存在不少的無機污染物(wù),尤其是水中(zhōng)存在許多重金屬離(lí)子如汞、鉛等,會對人體(tǐ)健康産生(shēng)極大(dà)的危害,所以降解無機污染物(wù)也是一(yī)個刻不容緩的問題。大(dà)量的研究表明:許多無機物(wù)在TiO2表面也具有光催化活性。因而,TiO2便可将貴金屬如金、铑、钯、鍺等在其表面沉積下(xià)來,以便于回收貴金屬。同時,納米TiO2具有強還原性,可将Cr2O2-7還原成無毒的Cr2O-2;将SO2-4 和NOx還原成單質和無毒低氧化态氧化物(wù);也可将水中(zhōng)汞、鉻、鉛及其氧化物(wù)等降解爲無毒物(wù)質。 
三、 光催化氧化發展前景
  TiO2 催化劑本身固有的特點，對利用太陽能和去(qù)除水體(tǐ)中(zhōng)的有機污染物(wù)有着非凡的潛力,特别是國際工(gōng)業化進程的加快，水體(tǐ)有機污染物(wù)日益嚴重的今天， TiO2 光催化氧化具有更明顯的優勢 當前TiO2 在水處理技術研究上，還處于實驗室階段 要在實際工(gōng)作中(zhōng)廣泛應用，未來的方向需要研究以下(xià)幾點：
  1、是繼續提高 TiO2 光催化劑的催化比表面積的同時，充分(fēn)研究 TiO2 顆粒的循環利用，如利用表面活性劑反膠束微乳液法開(kāi)發 SiO2 球粒吸附催化劑 
  2、是通過在催化劑中(zhōng)摻雜(zá)新的貴金屬和金屬離(lí)子等其它物(wù)質以降低 TiO2 的帶隙能，使其充分(fēn)利用太陽能中(zhōng)波長較長的光，提高對太陽光的利用率 
  3、是負載和複合 TiO2 形成薄膜和制定新的複合材料，提高吸收光的激發效率，提高催化活性 
  4、是開(kāi)發新型的光催化反應器，便于反應的循環高效運行評論目前,TiO2光催化氧化技術在廢水處理中(zhōng)的應用還停留在試驗性階段, 要投入應用還需要進一(yī)步研究。下(xià)一(yī)步該技術的改進方案将集中(zhōng)于提高對太陽光的利用率,研究催化劑固定技術以提高催化劑的利用率和回收率,減少光生(shēng)電子和空穴複合,以及與其他處理技術聯用提高反應效率等方面。雖然 TiO2 光催化氧化技術發展還不是很完善, 還沒有達到工(gōng)業化的程度, 但是由于其反應條件溫和、 操作容易控制、 氧化能力強、 無二次污染, 加之TiO2 化學穩定性高、 無毒等優點, 仍是一(yī)項具有廣泛應用前景的新型廢水處理技術。