二氧化鈦在廢水處理中的應用

汪金晶

中圖分類號：G4 文獻標識碼：A 文章編號：1673-5811（2013）03-0182-01

摘要：介紹了近年來光催化劑Ti02在不同類型水處理中的應用成果及現狀。從Ti02光催化反應機理、在水處理方面的應用，指出Ti02可見光催化技術的獨特之處，最后對Ti02可見光催化技術的研究趨勢進行展望。

關鍵詞：二氧化鈦 納米材料 光催化 廢水處理

1.引言

Frank S N[1]等于1977年率先將半導體材料用做催化劑，光解污染物并取得了突破性的進展。至此以來，以半導體為催化劑的光催化氧化處理方法受到包括環境在內的各領域廣泛關注，并運用到廢水處理中，展開了大量的研究。二氧化鈦光催化技術是一種新興的，具有清潔、無二次污染和工藝簡單等優點的節能高效現代廢水處理技術，目前這項技術在進一步研究完善中，尚未走出實驗室得到廣泛的應用。

2.二氧化鈦光催化反應原理

Ti02的帶隙能為3.2 eV，相當于波長為387.5nm光子的能量，當Ti02受到波長小于387.5nm的紫外光照射時，處于價帶的電子就會被激發到導帶上去，從而分別在價帶和導帶上產生高活性的光生空穴和光生電子[2]。光生電子和光生空穴都有很高的能量，遠遠高出一般有機污染物的分子鏈的強度，可以輕易將有機污染物分解成原始的狀態。同時光生空穴還能與空氣中的水分子反應，產生羥自由基（-OH），亦可分解有機污染物并且殺滅細菌、病毒。

3.二氧化鈦在廢水處理中的應用

3.1 處理造紙廢水

造紙廢水是最難處理的有有機工業廢水之一，它具有成分復雜、廢水產生量大、對環境污染嚴重的特點。解恒參[3]等利用溶膠一凝膠法制備了二氧化鈦粉體，并對其進行了表征，最后將其應用于光催化氧化處理紙廠廢水，在Ti02 0.01g、H2O2（30%）的量與廢水的體積比為2%、pH值為4.0用500W的紫外光照射9 h以上時，COD的去除率可達94%，出水CODcr=200 mg/L以下，滿足國家造紙污水排放標準（CODcr<400mg/L.GB3544—2001），濁度和色度的去除率分別為97%和98%。

3.2 處理甲醛廢水

甲醛廢水產生于樹脂的生產過程中，如脲醛樹脂、酚醛樹脂等，當前我國每年約產生65000t，并且呈逐年增加的趨勢。傳統處理甲醛廢水的工藝都是基于吸附法、縮合沉淀法等，但處理效果都有十分局限。近年來，以半導體為催化劑的光催化氧化法成為最引人注目的廢水處理方法之一。該法具有氧化能力強、降解徹底、無二次污染等優點，通過對催化劑的改性，還可以利用太陽能。

王玉軍[4]等用二氧化鈦作催化劑，對較低濃度甲醛廢水進行了光催化氧化處理試驗。研究了催化劑用量、溶液pH、甲醛初始濃度及外加氧化劑等因素對光催化氧化的影響。試驗結果表明，增加催化劑用量可以顯著增加反應速度，提高降解效率；增強溶液的酸性和堿性都可以加快甲醛的降解速度，且堿性條件更加有利；在試驗濃度范圍內，甲醛的起始濃度對其降解反應基本沒有影響；外加氧化劑雙氧水可以在沒有紫外光條件下，很快將甲醛氧化。

3.3 處理石油廢水

在石油開采運輸和使用過程中，大量廢棄的石油類物質對水體及陸地環境造成嚴重污染，油輪海難造成的海洋污染更是令人觸目驚心。陳愛平等[5]用膨脹珍珠巖為載體擔載納米二氧化鈦用于水面浮油光催化降解時發現，較大的珍珠巖顆粒既可以吸附浮油，又不會完全被油包覆而影響受光激勵。經約7h的太陽光照射，癸烷浮油的降解率在96%以上。

3.4 處理染料廢水

全球每年染料消耗量巨大，其中很大部分混入污水中，這類廢水色澤深、堿度高、臭味大，大多含有苯環、胺基、偶氮基團等致癌物質，對人類生命健康和生態環境造成巨大無威脅。由于其生物降解性低，常用的生物化學法降解效率低。李志林[6]等采用自制混晶Ti02納米材料為光催化劑，研究了pH、光催化反應時間、Ti02納米材料用量及晶型、光源等因素對活性大紅BES模擬印染廢水和實際印染廢水的處理效果。結果表明，在對30mL活性大紅BES模擬印染廢水，在溶液pH為4、催化劑添加量為0.090g時，紫外燈照射1h，COD去除率可達86%。對30mL實際印染廢水，在溶液pH為9、催化劑添加量為0.15g時，紫外燈照射1h，COD去除率可達57%。

4.結束語與展望

Ti02光催化氧化技術是一種節約能源、環境友好的水處理技術。它既可單獨使用，也可聯合其他水處理技術應用。適用于混合廢水及給水的處理，這種水處理新技術具有應用潛力。然而由于普遍存在效率低、費用高、裝置復雜等問題，限制了該技術在實際水處理中的應用與推廣。Ti02光催化氧化技術的研究熱點主要聚焦在以下幾個方面：

（1）開發高效催化劑；

（2）提高Ti02對可見光或太陽光的利用；

（3）探索催化劑用量、廢水初始濃度、pH、光照強度及光源類型、溫度等因素的影響；

（4）光催化與超聲波、電、微波和生物技術等多種水處理技術聯合應用。

參考文獻：

[1]羅一菁，張忠智，趙樹英，等.聚合物驅采油污水處理研究進展[N].石油化工高等學校學報，2003，16（1）：9-13。

[2]苑寶玲，王洪杰.水處理新技術原理與應用[M].北京：化學工業出版社，2006.

[3]解恒參，朱亦仁，李愛梅，等.二氧化鈦粉體在紙廠廢水處理中的應用[J].感光科學與光化學，2006，24（4）：312-314.

[4]王玉軍.光催化氧化法處理甲醛廢水的研究[J].化工環保，2003，23（6）：311-313.

[5]陳愛平，盧冠忠，楊陽，等.TiO2/膨脹珍珠巖漂浮光催化劑的成膜和浮油降解機理[N].華東理工大學學報，2004，30（1）：57-60，77.

[6]李志林，喬淑靜，范亞維.混晶納米TiO2光催化劑處理印染廢水的研究[J].化學與生物工程，2008，25（2）：54-56.