淺談非均相光催化氧化在水處理中的應用

摘 要：難降解有機廢水的處理一直是水處理領域的一個難題，光催化氧化技術是一種新型的污水處理技術。其中的非均相催化氧化能對污水中的難降解有機物進行氧化降解。本文討論了非均相催化氧化技術在有機廢水以及無機廢水處理當中的應用，對總結了其目前存在的問題以及未來的發展趨勢。

關鍵詞：難降解有機物；非均相光催化氧化技術；應用

1.前言

光降解過程一般是指，污水中的有機物雜質在光照的作用條件下，難降解的有機遇能夠被逐漸降解為低分子量的物質的過程。一般而言，光化學催化氧化技術通常可以分為：均相催化以及非均相催化氧化兩種類型。本文主要對非均相催化氧化技術進行討論。非均相催化氧化技術的運行條件溫和，與傳統的水處理方法相比較，具有運行管理操作簡單，并且可以將大多數的有機污染物質給氧化并降解成為二氧化碳以及水。常用的光催化氧化劑例如二氧化鈦等半導體光催化劑，其性質比價穩定，價格比較低廉，并且無毒無害。由于非均相催化氧化技術的明顯優勢，使得該技術在處理水中的微量有機污染物以及難降解有機物方面的應用具有顯著效果。經過改性技術所處理的光催化氧化劑能夠十分良好的提高利用太陽光來進行水處理的處理效率，不僅能夠提升廢水處理的效果，還很好的貫徹了可持續發展的理念。但是由于光催化反應器的設備的建設成本仍然處于比較高的水平，因此，目前光催化氧化技術仍然沒有在水處理領域得到十分廣泛的應用。更多的情況下，光催化氧化技術用來處理一些含有有機磷化合物、含油氯仿、以及含有多氯聯苯和多環芳烴的工業染料廢水。查閱資料可知，有大量的研究成果顯示，光催化氧化技術在農藥廢水和染料廢水、氰化物廢水以及含有表面活性劑的廢水、制藥廢水和芳香族廢水以及含油廢水的處理當中，都表現出十分良好的處理效果。

2.簡述光催化氧化在有機/無機廢水處理中的應用

在染料廢水處理中的應用。眾所周知，印染行業在我國是屬于高污染并且高能耗的一種行業領域。我國的染料產量占據世界上總染料產量的百分之六十左右，據有關數據顯示，在我國，沒生產一噸的染料，平均下來就要排放出七百立方米左右的染料廢水。這個數量是驚人的，對我國水環境的污染相當嚴重。在染料廢水當中，由于苯系類化合物以及萘系類化合物等都是生產染料的一些最基本的原料，因此在排放出的染料廢水當中，含有大量的鹵化物、金屬離子以及鹽類和硫化物等等，同時還含有較高的色度以及一些三致物質等難降解的有毒有害物質，是一種十分難降解的有機廢水。但是，半導體催化氧化技術在印染廢水處理當中的應用，常常能夠取得比較理想的效果。光催化氧化技術在處理印染廢水的時候，能夠使具有共軛結構的染料分子發生變化，因此該技術在處理是表現為能夠顯著降低廢水的色度，能夠完全氧化染料分子，改變其難降解的有機結構，在宏觀上表現為廢水中的總有機碳的降低以及水中無機離子的生成。因此，目前光催化氧化技術的研究在印染廢水方面的處理也是比較活躍。

在含油廢水處理中的應用。在石油開采的過程當中，往往會伴隨著大量的飛起石油類物質的排放，因此，石油的開采和運輸行業會對我國的水體環境造成嚴重的負面影響以及危害。含油廢水當中主要含油一些多環芳烴以及脂肪酸、酚類和有機酸類等等物質，這些物質都屬于難降解有機物。因此，對于難降解有機物采用光催化氧化技術處理是一種不錯的方式。油類的密度比水小，因此能夠在水面上呈現漂浮的狀態，所以常用的光催化氧化劑如二氧化鈦等的密度都比水大，因此要想達到處理含油廢水的效果，就要利用一種密度比水小，同時又能夠被二氧化鈦吸附而不會被二氧化鈦給光催化降解的物質，作為一種中間載體，進行對含油廢水的催化氧化降解處理。目前研究出的可行的方法有：利用環氧樹脂膠合劑將二氧化鈦的粉末粘附于比較輕盈的木屑上面，或者是將硅偶聯劑將納米級的二氧化鈦偶聯在質量較輕的硅鋁空心微球上面，在或者是利用浸涂-熱處理方法，將二氧化鈦薄膜適當的涂抹在空心的玻璃球載體上面等等多種方式，來實現利用光催化氧化技術對含油廢水的處理。

眾所周知，無機廢水的主要成分是酸堿鹽等等無機物質，這些普通的無機物質在許多光催化氧化劑的表面也具有光化學活性。據相關研究表明，采用懸浮的二氧化鈦粉末能夠在光照處理的條件下將重鉻酸跟離子還原為鎘離子。二氧化鈦光催化劑具有強烈的氧化還原能力，能夠比較徹底的將污水中的汞、鉻、鉛以及多種氧化物等降解為無機物。

3.非均相光催化氧化技術存在的問題以及發展趨勢

非均相光催化氧化技術目前仍是一種新型的水處理技術，光催化氧化反應理論上只需要通過光源的輻射以及催化劑的催化和空氣這些原料，因此在原料的獲取上比較簡單易行，是一項比較有前景的污水處理新技術。目前存在的問題主要是光輻射激發所產生的光致空穴以及光致電子的狀態都是不穩定的，因此比較容易進一步發生多種反應，這些副反應會極大的影響光催化氧化的效率。因此尋找某種合適的方法來降低空穴電子對復合反應的發生，是推廣光催化氧化技術應用的重點之一。

其次，納米二氧化鈦作為目前主要被應用的光催化氧化劑，其禁帶寬度比較大，當采用太陽光作為光源進行照射的時候，對太陽輻射能量的利用率很低，僅僅只能利用輻射光能的百分之五左右，當采用人工光源進行照射的時候，例如紫外燈光或者是汞燈，這樣雖然能夠大大提高對光能的利用率，但是光源的發生對電能的消耗就會變得比之前增加數倍，在經濟上也是不合理的。因此，這也是限制光催化氧化技術在污水處理領域得到廣泛應用的瓶頸之一。為了提高光催化氧化反應的效率，就要增加催化氧化劑的表面積，因此，通常將光催化劑物質的顆粒制作成比較小的形態，甚至要求達到納米級別。那么，對于外形如此細小的顆粒如果不能采用科學合理的方式進行固定，就會很容易隨著被處理的污水廢水而流失掉。這種材料的流失不僅僅會造成巨大的浪費，也會大大削減對廢水的處理效果。盡管光催化氧化技術在對難降解的有機物進行氧化降解時取得了比較理想的成果，但是在許多工程實踐的情況當中，如果僅僅依賴于光催化氧化這種單一的難降解有機物的去除技術很難達到預期的效果。

綜上所示，光催化氧化技術在原理上能夠應用于難降解有機廢水的處理，并且能夠達到很好的有機物、色度以及有毒有害物質的去除效果。但是由于在實際工程應用當中還存在著許多問題，對于光催化氧化技術的研究工作仍要繼續進行，尋找解決制約其廣泛應用的問題的科學措施，進一步減少成本，提高水處理效果，未來的發展前景十分廣泛。

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作者簡介：

劉淇（1997.12.03-）男，漢族，遼寧省法庫縣，身份證號152104199712030619，本科生，研究方向：給排水科學與工程