論TiO_2光催化氧化技術在水處理中的研究進展

王茹(內蒙古烏海市烏海職業技術學院，內蒙古 烏海 016000)

論TiO_2光催化氧化技術在水處理中的研究進展

王茹(內蒙古烏海市烏海職業技術學院，內蒙古 烏海 016000)

TiO_2光催化氧化技術可以實現對廢水的降解和預處理，實現廢水的二次利用。本文通過對TiO_2光催化氧化技術的基本原理進行總結，并從染料廢水的處理、垃圾滲透液的處理和內分泌干擾物的處理三方面，論述了TiO_2光催化氧化技術在水處理中的研究和應用，最后對未來TiO_2光催化氧化技術做出了展望，希望對相關領域的工作起到一定幫助作用。

TiO_2光催化氧化技術；染料廢水；垃圾滲透液

1 TiO_2光催化氧化技術的基本原理

TiO_2是一種半導體材料，在結構組成上，包括一個電子的低能價帶和另一個高能導帶。價帶和導帶之間存在一定距離，在該距離中所形成的的區域被人們稱為禁止帶，長度大約在3.2ev。TiO_2在光的照耀下會產生電子空穴，直接對吸附在表面的污染物進行氧化還原，或者將表面的羥基進行氧化，生成自由氫氧基，通常用·OH來表示，這種氫氧基具有較強的氧化性，可以將大多數無機污染物氧化，生成CO2和水分子。當TiO_2受到的能量激發過大時，將會突破禁帶寬度的限制，從而釋放電子進入導帶中，由于導帶的活性較高，而電子可在導帶中形成電子空穴，以強大的吸附力將半導體表面上的有機物和溶劑吸附到空穴中，實現有機物的不斷氧化[1]。

光催化氧化反應主要機制是利用·OH的強氧化性，實現有機物的有效降解，該過程主要通過自由氫氧基氧化反應，最終產生一系列的氧化還原反應，得到對環境無污染的自由基，從而實現污水降解，防止環境遭到嚴重破壞。

2 TiO_2光催化氧化技術在水處理中的應用研究

由于TiO_2光催化氧化技術的技術優點，很多國內外專家對降解廢水進行了大量研究，包括TiO_2光催化氧化技術的催化原理、降解原理等。

2.1 TiO_2光催化氧化技術處理染料廢水研究

染料廢水是廢水處理中的難點之一，染料廢水中COD、色度、含鹽量均較高，如果使用傳統處理方式，很難使染料廢水達到正常排放標準，而通過TiO_2光催化氧化技術可以有效實現染料廢水的降解。1999年，我國化學研究學者李方柏提出了絮凝-光催化聯合處理法來進行對實際染料廢水的處理，研究結果表明，當染料廢水被催化氧化之后，其中的COD、BOD5等去除率在90%以上，該處理方式在2012年之前被廣泛應用。2012年，學者Huang等對染料廢水做了進一步研究，應用TiO_2光催化氧化技術，結果發現：廢水中COD的去除效果隨著各個因素的增加量變化而變化，其順序為TiO_2的投放量＞PH值＞光照時間。經過大量的實驗研究，研究人員最終確定了除了染料廢水的最佳實驗條件：TiO_2的投放量在3g∕L，光照時間保持在60min，PH值為6.0，在最佳條件作用下，色度和COD的去除率大約在89%和63.7%。

通過上述兩項實驗可以得出，TiO_2光催化氧化技術在染料廢水處理中具有較高的可行性，通過物理、生物處理方式的有效結合，可以進一步提高TiO_2光催化氧化技術的降解效率，為環境優化保護提供基礎。

2.2 TiO_2光催化氧化技術處理垃圾滲透液研究

在城市垃圾滲透液中，含有濃度較高的有機廢水，這種有機廢水很難實現降解，對環境污染嚴重。近年來，很多學者致力于垃圾滲透液的降解研究。在2006年，Zhao等人利用光催化-電解聯用技術對垃圾滲透液進行處理，實驗結果表明，光催化-電解聯用技術對COD、TOC、氨氮的處理效果分別達到了74%、41%、94%，實現了將有機物成功轉化為分子較小的酸。到了2012年，Wisz等人利用TiO_2光催化氧化技術對垃圾滲透液進行深度處理，實驗結果表明，在經過300min的TiO_2光催化氧化處理之后，有80%的殘余有機物被有效降解。在同年，Cho等人以TiO_2為催化劑，并通過相關無機物作用，對垃圾滲透液進行催化氧化處理，最終確定了酸性條件下無機物濃度越低，光催化氧化技術的去除率也就越高。

通過上述實驗可以看出，目前對垃圾滲透液的催化氧化處理研究主要集中在光催化氧化技術對垃圾滲透液的處理研究以及光催化氧化對垃圾滲透液深度處理研究。

2.3 TiO_2光催化氧化處理內分泌干擾物的研究

目前，內分泌干擾物的污染問題備受人們關注。內分泌干擾物主要包括甲氧氯、鈦酸酯、雌三合成雌激素等，常規水處理方式也很難將內分泌干擾物有效降解和去除。2000年，Cole?man等人利用TiO_2對E2進行光降解，在3.5h之內，去除率高達98%，2007年，我國學者李青松等人通過納米TiO_2懸漿體系，對內分泌干擾物中的E2進行降解，最終確定了其降解過程屬于一級反應動力學模型。隨著科學研究的不斷進行，人們將光催化氧化技術應用在了內分泌干擾物的降解工作中，2007年，徐高田等人進經過研究，設計出了TiO_2光催化-SBR裝置，對廢水中的內分泌干擾物進行處理，最終確定了最佳處理情況。

3 結語

綜上所述，TiO_2光催化氧化技術在水處理中的研究具有重要意義，該研究領域主要的研究對象包括TiO_2光催化劑的制備和改良、以及太陽光、PH值利用等。在此基礎上，不但可以實現對廢水的有效降解，還能對環境保護作出一定貢獻。隨著工業進程的加快，人們對TiO_2光催化氧化技術的依賴程度也越來越高，相關工作人員應繼續對TiO_2光催化氧化技術進行深入研究，保證水中污染物得到有效降解。

[1]吳支備,劉飛.高級氧化技術在水處理中的研究進展[J].山西建筑,2016,08:156-157.