紫外光催化氧化在環(huán)境水質分析中的應用探究

俞淑紅

[摘 要]本篇文章首先對紫外光催化氧化的機理進行概述，從紫外光源、紫外光消解器兩方面，對紫外光催化氧化設備進行分析，并以紫外光照射下氧化劑的形成為依據(jù)，提出紫外光催化氧化在環(huán)境分析中的應用措施。希望通過本文的闡述，可以給相關領域提供些許的參考。

[關鍵詞]環(huán)境監(jiān)測；紫外光氧化；樣品預處理；水質分析

中圖分類號：X832 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）02-0101-01

引言

紫外光催化氧化法作為一種新型的水處理技術，它可以有效對有機物起到分解的效果。近幾年來，紫外光催化氧化法被廣泛的應用在水質的分析工作中，并且獲得了較好的成果。

在開展環(huán)境水質分析工作時，需要對樣品進行預處理，這樣可以將樣品中含有的有機物進行損壞，反之將會給測定組分帶來影響。通常情況下，采用酸濕法來降低操作難度以及時間長等現(xiàn)象，但是其能給環(huán)境帶來污染。利用紫外光催化氧化法來實現(xiàn)環(huán)境水樣的消除，不僅可以全面清除水樣中的有機物，同時還不會給水樣造成污染，對測定以及環(huán)境保護提供了有利條件。

一.紫外光催化氧化的機理概述

紫外光催化氧化作為一項把紫外光輻射與氧化劑進行融合應用的方式。在紫外光的作用下，氧化劑會分解出大量的具備氧化功能的自由基，進而生成大量氧化劑不能分解的有機污染物。在紫外光和氧化劑相互影響下，導致光催化氧化不管是在氧化功能上，還是反應效率上，都要高于應用紫外線輻射或者氧化劑所產(chǎn)生的效果。紫外光催化氧化主要把催化劑當作紫外光吸收成分，進而生成電子空穴對，形成氧化活性基團[1]。其特性為在常溫常壓的環(huán)境下，就可以開展氧化實驗，在不會給周圍環(huán)境造成二次污染的同時，還能將大量無法或者降解系數(shù)高的有機污染物進行充分化解，并且設備簡便，催化劑能夠循環(huán)應用。

二.紫外光照射下氧化劑的形成

首先，激發(fā)態(tài)氧原子。當受到紫外線光照射之后，氧分子會從之前的基態(tài)逐漸轉變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)，但是要想實現(xiàn)這一過程，需要滿足具備光敏物質的條件。當光敏物質吸取大量太陽光之后，會將光能逐漸傳送給氧分子，進而生成激發(fā)態(tài)氧。當激發(fā)態(tài)氧和水、有機物進行反應之后，便會生成氧化物以及自由基。其次，臭氧。在短紫外線照射條件下，氧分子逐漸轉變?yōu)槌粞醴肿?。在汞燈光照下，臭氧的產(chǎn)生主要依附于波長的影響。當處于黑暗或者室溫條件下，臭氧將十分穩(wěn)定，半衰期為15小時。當波長為520納米時，在紫外光的輻射下，臭氧將快速分解，并且出現(xiàn)鏈反應，進而形成激發(fā)態(tài)氧分子。

三. 紫外光催化氧化設備

1.紫外光源

通常情況下，我們把汞燈作為人工紫外光源，并且將紫外輻射波長控制在45～390納米的范疇內。在紫外光范疇中，汞譜線比較多。當汞原子由初始的激發(fā)態(tài)轉換為基態(tài)時，會形成長度為245納米的共振線。

2.紫外光消解器

紫外光消解器一共分為三種，第一種為把汞燈安置在反應器皿中，將反應器皿放置在并與中進行冷卻處理，保證溫度控制在低于28攝氏度，這與有機光化學合作原理相似。第二種為鑒于批量分析，將安置在核心位置的汞燈和均勻分布在其周圍的Pyrex玻璃塞試管進行合成，并將消解器皿安寨在鋁箔容器中，鋁箔容器底部安置一臺通風裝置，由于空氣冷卻[2]。第三種為紫外光消解器皿適流解析體系，樣品經(jīng)過燈泡外端的旋轉形狀流入到反應器皿中。

四.紫外光催化氧化在環(huán)境分析中的應用

1.金屬元素的測定

環(huán)境水樣中含有大量的金屬物質，并且在進行金屬測定時，可以利用紫外光實現(xiàn)消解。但是消解條件需要受到被測物質類型、分析方式以及樣品基體等因素影響。在進行金屬測定時，消解一般在滿足酸性條件下開展，這樣可以防止出現(xiàn)沉淀現(xiàn)象。針對鉻金屬開展伏安法測定時，可以在中性環(huán)境中進行。但是需要保證樣品全部消解，這主要是由于有機物會受到伏安測定的影響形成干擾。

2.氮和磷的測定

首先，氮的測定。在滿足紫外光輻射以及氧氣充足的情況下，含氮有機化合物以及和NH4+經(jīng)過氧化反應之后形成硝酸鹽，之后和芳香族化合物進行還原反應，形成亞硝酸鹽。經(jīng)過消解處理后，樣品中含有的氮原子逐漸生成硝酸鹽以及亞硝酸鹽。而影響紫外光氧化速率的主要原因就是樣品pH值。大多數(shù)有機氮化合物要想實現(xiàn)分解，pH值應該保持在8左右；如果是尿素分解，pH值應該保持在5左右。其次，磷的測定。在進行總磷測定過程中，一般需要在樣品中添加一些H2O2或者是K2S2O8等氧化劑，同時也可以利用HCl或H2SO4進行酸化反應，進而提升消解質量[3]。

3.有機污染物的測定

第一，溶解有機碳測定。首先把紫外光照射應用在海水中溶解有機碳的氧化分解中。在選擇汞燈時，應該選擇兩種型號的汞燈，分別是1200W以及380W。為了將碳進行充分氧化，照射時間分別設置為1小時和11小時。第二，化學需氧量測定。運用標準方式來實現(xiàn)化學需氧量的測定，由于樣品分解需要消耗大量的時間，工作量多，并且無法實現(xiàn)批量分析。因此，人們通常采用流動注射分析的方式，但是還要運用原始加熱方法。要想提升在線消解速率，可以應用停留技術，但又會造成分析實現(xiàn)延長以及采樣效率小等現(xiàn)象。因此，在進行化學需氧量測定時，可以在光催化柱中添加一些TiO2微珠，這樣可以加大有機物氧化的效率，對反應前后氧濃度改變情況進行檢測，進而起到化學需氧量測定的效果。

結束語

總而言之，跟當前情況來看，紫外光催化氧化技術已經(jīng)廣泛的運用在國外環(huán)境水質分析工作中，并且獲得了一定的成果，一部分測定方式也納入到標準方式中。根據(jù)我國情況來所，紫外光催化氧化技術還沒有全面運用到環(huán)境分析工作中，相關工作人員也沒有對其有全面了解，就更不用說科研工作了。為了迎合環(huán)境監(jiān)測發(fā)展需求，以及樣品預處理要求，加大紫外光催化氧化技術在環(huán)境分析化學的應用力度具有現(xiàn)實意義。

參考文獻

[1] 杜長明，李子明，仇榮亮，湯葉濤，劉育. 等離子體聯(lián)合紫外光催化凈化有機廢氣關鍵技術分析[J]. 環(huán)境工程學報，2016，（10）：5782-5790.

[2] 朱哲欣，葉美英. 光催化微反應器中水樣光催化降解及Cd～（2+）在線檢測[J]. 影像科學與光化學，2016，（05）：444-451.

[3] 馮麗，張新申，冷庚，李紹波，但德忠. 紫外光在線催化氧化快速測定高錳酸鹽指數(shù)[J]. 分析化學，2012，（04）：630-633.