光催化剂在废水处理中的应用

随着工业的迅速发展，水资源污染问题日趋严重，传统物理法、化学法、生物法对废水中有毒有害污染物难以有效去除，直接排放势必对人类及环境造成严重危害。作为一种独特的高级氧化技术，光催化氧化因能耗低、处理效率高、操作简便、降解彻底、无二次污染等优点，在难降解有机废水的深度处理中具有较好的应用前景。

1. 光催化原理

光催化降解通常指在光作用下，催化剂通过自由基链式反应生成一系列具有高活性的·OH直接作用于有机污染物，使其逐步氧化成无机物，最终生成CO₂、H₂O、及其它无机离子NO₃^一、P0₄^3一、卤素等。在众多催化剂中，锐钛矿型TiO₂因化学稳定性高、耐光腐蚀、能有效吸收太阳光谱中紫外辐射、价廉无毒等特点，成为水处理研究领域的热点课题。

2. 光催化剂在废水处理的应用

近年来，光催化应用技术研究发展十分迅速，这项新技术具有能耗低、操作简便、反应条件温和、无二次污染等突出优点，能有效的将有机污染物转化为无机小分子，达到完全无机化的目的。许多难降解或用其他方法难以去除的物质，如氯仿、多氯联苯、有机磷化合物、多环芳烃等也可以利用此方法去除。此外，还可以用于无机污染废水的处理和菌类的杀灭。

（1） 染料废水

在染料的生产和应用中，有大量碱度高、色泽深、臭味大的染料废水进入环境，排放的废水里残留的染料分子进入水体会造成严重的环境污染，其中有的还含有苯环、胺基、偶氮基团等致癌物质。大多数染料的去除率可达95%以上。在染料分子的协助下，半导体可被较长波长的光降解激发，使半导体吸收光的范围由紫外线光区延伸至可见光区，不但提高了催化剂的光催化效率，且又可直接应用太阳光来处理染料废水。常用的生物化学法对于水溶性染料的降解效率较低。近年来，在利用光催化降解染料的研究日益增多，取得了一定的成果。

（2）农药

农药一般分为除草剂和杀虫剂，其危害范围很广，在大气、土壤和水体中停留时间长，所以其分解去除倍受人们的关注。利用光催化去除农药的优点是它不会产生毒性更高的中间产物，这是其他方法无法相比的。研究复合光催化剂光催化降解敌敌畏，结果表明，在短时间内，就可以使敌敌畏降解完全。

（3）无机污染物废水的处理

无机污染物废水的处理许多水中存在无机污染物，如汞是水中的主要重金属污染源，对人体脑神经系统危害极大；铬污染能引起局部肉瘤，使癌病发病率升高；铅污染也能引起呼吸系统的癌变。许多无机物在TiO₂表面也具有光催化活性，研究表明，应用复合光催化剂可以氧化亚硝酸根离子。

（4）有机化合物

这类物质在各国提出的优先控制的有害物质“黑名单”中占有相当大的比例，因而研究其催化分解条件、机理都有很大的现实意义。这类物质在光催化分解的过程中，一般先羟基化，再脱卤，逐步分解，直至分解为CO₂、H₂O等简单的无机物。

（5）含菌废水处理

有害细菌在自然界分布非常广泛，且种类繁多，数量庞大，严重威胁着人体的健康。细菌等微生物由复合的有机物构成，可以应用光催化技术加以杀除。与银、铜等杀菌剂等相比，不会在杀菌时放出内毒素。光催化剂不仅能杀死细菌，而且能同时降解由细菌释放出的有毒复合物。

3. 光催化废水处理技术存在的问题

（1）高浓度废水透光率

由于光催化反应是基于体系对光能量的吸收，因此要求被处理体系具有良好的透光性。对于高浓度的工业废水，若杂质多、浊度高、透光性差，反应则难以进行。因此该方法在实际废水处理中，适用于后期的深度处理。

（2）有机污染物降解中间产物的复杂性

目前光催化处理有机污染废水特别是染料废水中的主要问题是染料体系的复杂性和测试方法的局限性，特别是染料中间体的分析鉴定比较困难，在染料光催化降解的机理上的研究带来困难，在一定程度上限制了光催化技术的工业化应用。

（3）光催化产品的标准化

尽管近年来光催化技术发展很快，各国相继开发了光催化产品，但光催化产品的标准化相对落后。作为光催化技术的发源地日本2002年开始制定光催化产品的评价方法和产品规格，但还很不完善。

4. 光催化前景

光催化氧化技术具有原料丰富、工艺简单、反应高效、无二次污染等优点，在废水处理领域具有广阔应用前景。我公司将HPC复合材料和光催化技术相结合以废水处理领域作为研究的方向,积极参与到光催化氧化技术革命中：

（1）通过改性增强催化剂活性，提高可见光利用率，开发新型光催化材料；

（2）通过负载协同增强光催化材料的活性及回收利用率，拓展其实际应用范围；

（3）在光催化体系中引入高效助催化体系，以此提高对有机物的降解效率等等。