催化劑在污水處理方面的應(yīng)用

劉婷

摘 要：在水源貧乏的今天，通過對二氧化鈦、氧化鋅、三氧化二鐵等光催化劑的研究，環(huán)保界開創(chuàng)了去除環(huán)境污染的新局面。從環(huán)境經(jīng)濟學(xué)，水源開發(fā)利用的外部性和循環(huán)經(jīng)濟學(xué)三方面來看，光催化劑都能減輕環(huán)境污染，與大自然和諧相處，經(jīng)濟效益明顯，光催化劑具有良好應(yīng)用前景。文章主要講述了光催化劑在污水處理中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：催化劑；污水處理；應(yīng)用

隨著社會和經(jīng)濟的快速發(fā)展，各種農(nóng)業(yè)、工業(yè)及生活日?；顒赢a(chǎn)生的大量廢氣廢水廢渣使環(huán)境日益惡化，怎樣有效的保護和凈化環(huán)境迫在眉睫。由于水是生命之源，是人類生存和發(fā)展的前提，在眾多污染中，水污染的治理和相應(yīng)治理污水的高科技技術(shù)的開發(fā)已經(jīng)成為有待解決的熱點問題。

一、簡述污水處理中的光催化技術(shù)

隨著城市人口的急劇增長和工業(yè)的飛速發(fā)展，大量的污水尤其是紡織業(yè)的有機廢水沒有經(jīng)過妥善的處理就直接排入水體致使環(huán)境遭到嚴(yán)重的破壞。我國的水體污染程度近年來呈上升的趨勢，傳統(tǒng)的污水處理方法主要有物理化學(xué)方法，生物處理法等前者一般處理成本髙，后者一般對難降解有害有機物處理效率低。而且這些方法都不能將有機廢物完全變?yōu)閷Νh(huán)境無污染的物質(zhì)。近些年，使用光催化劑來降解有機廢物因其高效低耗能，無二次污染等優(yōu)點成為研究熱點。

光催化反應(yīng)是光和物質(zhì)之間相互作用的一種方式，是光反應(yīng)和催化反應(yīng)的融合，是在光和催化劑同時作用下發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。光催化技術(shù)是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的新型水處理技術(shù)，即以某些半導(dǎo)體材料為催化劑，利用光催化法來降解環(huán)境污染物。

它們通過光輔助催化作用來破壞各種有機污染物，能將難降解的有機物最終氧化為二氧化碳、水，硫酸鹽和硝酸等無機物導(dǎo)帶上的電子具有適中的還原能力，能將水中的重金屬離子還原為細(xì)小的金屬晶體，這樣既消除了廢水的毒性也不會去除水中對人體有益的礦物質(zhì)元素還可從工業(yè)廢水中回收貴重金屬；光催化還具有比紫外線更強的殺菌能力；同時，光催化材料還可用于處理固體廢棄物，加速降解城市生活垃圾。光催化劑在污水中的應(yīng)用主要有：有機廢水的處理、化工廢水的處理、染料廢水的處理、農(nóng)藥廢水的處理、含油廢水的處理、造紙廢水的處理、無機廢水的處理、自來水的凈化處理等。

二、光催化技術(shù)在污水處理中的應(yīng)用

光催化氧化主要講的是n型的半導(dǎo)體作為敏化劑比較特殊的光敏化氧化。一定波長的光照下n型半導(dǎo)體被激發(fā)，那么導(dǎo)帶與滿帶上就會產(chǎn)生空穴與自由電子。其中空穴的電子能力非常強，能夠取得半導(dǎo)體顆粒表面的有機物或者溶劑里面的電子，形成氧化能力非常強的最OH，能夠使得溶液里面的有機污染物因為氧化而被分解。主要是二氧化鈦與多金屬酸鹽（POM）兩類體系的半導(dǎo)體有著廣闊的前景。

（一）硫?qū)倩衔镄桶雽?dǎo)體型的催化劑。半導(dǎo)體的粒子是比較好的光催化劑，二氧化鈦有三種晶體結(jié)構(gòu)，按照催化活性先后次序分：銳鈦礦型、晶紅石型、板鈦礦型。二氧化鈦禁帶的寬度隨著晶型的不同而不一樣，銳鈦礦型禁帶的寬度一般為為3.2eV，金紅石一般為3.0eV，與之對應(yīng)的光譜的吸收閥值一般387nm 與413nm。在波長小于上述波長的光進行照射二氧化鈦的時候，那么二氧化鈦的體內(nèi)就會激發(fā)出來自由電子，價帶上就會留下空穴，產(chǎn)自由電子與空穴就會與其表面的氧氣與水相互作用形成氧化性極強的OH，可以氧化分解污水中的許多種類的有機物，所形成的自由電子有著非常強的還原能力，能夠還原金屬離子，因此二氧化鈦光催化技術(shù)在處理污水過程中有著非常好的光催化降解的效果。

（二）微孔納米多金屬氧酸鹽光催化技術(shù)處理工業(yè)污水。多金屬酸鹽是沒有任何毒副作用的催化劑，其對環(huán)境沒有任何的污染。在用于光催化的過程中，不需要額外添加化學(xué)試劑，其反應(yīng)的條件比較溫和，并不耗費熱能，是一種比較經(jīng)濟實用的處理污水的新技術(shù)。在常壓、常溫與中性條件下，這種光催化劑用近紫外或者可見光輻射待處理污水和催化劑的懸浮液，能夠完全的降解污水中各種有機的污染物。

（三）光催化氧化的特點。用光催氧化法處理污水，可以處理污水中的烴與鹵代有機物（主要包括鹵代的脂肪烴、鹵代的羧酸、鹵代的芳香烴）表面的活性劑、羧酸、除草劑、含氮的有機物、染料、有機磷的殺蟲劑等等這些有機物，還有氰離子與金屬離子等等這些的無機物，都有很好的效果，能夠到達完全的無機化。因此，半導(dǎo)體的光催化氧化技術(shù)是一種高級的氧化技術(shù)，和生物法與其他的高級氧化法相比較而言，有著非常明顯的優(yōu)勢。并且光催化氧化的降解不僅僅能夠用于處理污水中的有機污染，還能夠還原那些高價重金屬的離子，并且對環(huán)境的沒有毒副作用。

三、光催化劑的經(jīng)濟效益

（一）使環(huán)境保護與經(jīng)濟發(fā)展相協(xié)調(diào)。從環(huán)境經(jīng)濟學(xué)方面來看，經(jīng)濟和環(huán)境是辯證關(guān)系，是相互制約和相互促進的。經(jīng)濟發(fā)展可以改善生態(tài)環(huán)境，好的環(huán)境也能推動經(jīng)濟發(fā)展。如果一味發(fā)展經(jīng)濟，空氣，水資源，土地資源等都會遭到不同程度的破壞，不利于環(huán)境保護。如果一味的保護環(huán)境，禁止排放污水、廢氣等，許多工業(yè)也舉步維艱，同時阻礙經(jīng)濟的發(fā)展。似乎經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境保護之間存在著矛盾，既要有經(jīng)濟效益，又想保護環(huán)境，好像難上加難。

（二）減輕外部效應(yīng)。用水者卻不負(fù)擔(dān)自行排放污水引起的這部分成本即外部成本，導(dǎo)致私人成本小于社會成本。大多企業(yè)在生產(chǎn)活動中以污染的方式產(chǎn)生外部效應(yīng)，其外部成本由社會承擔(dān)，并不包括在企業(yè)的生產(chǎn)成本中，大大節(jié)省了私人成本。而光催化劑就是新技術(shù)、新材料、新工藝，無論在家庭還是企業(yè)，它都可以實現(xiàn)減量化，再利用，再循環(huán)，而且產(chǎn)物無毒無害。

四、結(jié)語

總之，我國作為一個貧水大國，水污染的日益嚴(yán)重加劇了水資源的供求矛盾，影響了工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展，咀礙了人民生活水平的提高和社會穩(wěn)定。解決水污染問題是當(dāng)務(wù)之急，光催化劑應(yīng)用極其廣闊，可使很多難處理污染物礦化，同時利用載體吸附性能使低濃度的有害物質(zhì)得以濃縮降解，隨著光催化技術(shù)的不斷深入，光催化劑處理污水的能力將越來越強，光催化劑作為新型環(huán)保凈水產(chǎn)品也具有良好前景，具有十分重要的意義。

參考文獻

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