淺談非均相光催化氧化在水處理中的應(yīng)用

摘 要：難降解有機(jī)廢水的處理一直是水處理領(lǐng)域的一個(gè)難題，光催化氧化技術(shù)是一種新型的污水處理技術(shù)。其中的非均相催化氧化能對(duì)污水中的難降解有機(jī)物進(jìn)行氧化降解。本文討論了非均相催化氧化技術(shù)在有機(jī)廢水以及無機(jī)廢水處理當(dāng)中的應(yīng)用，對(duì)總結(jié)了其目前存在的問題以及未來的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：難降解有機(jī)物；非均相光催化氧化技術(shù)；應(yīng)用

1.前言

光降解過程一般是指，污水中的有機(jī)物雜質(zhì)在光照的作用條件下，難降解的有機(jī)遇能夠被逐漸降解為低分子量的物質(zhì)的過程。一般而言，光化學(xué)催化氧化技術(shù)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(duì)非均相催化氧化技術(shù)進(jìn)行討論。非均相催化氧化技術(shù)的運(yùn)行條件溫和，與傳統(tǒng)的水處理方法相比較，具有運(yùn)行管理操作簡(jiǎn)單，并且可以將大多數(shù)的有機(jī)污染物質(zhì)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(dǎo)體光催化劑，其性質(zhì)比價(jià)穩(wěn)定，價(jià)格比較低廉，并且無毒無害。由于非均相催化氧化技術(shù)的明顯優(yōu)勢(shì)，使得該技術(shù)在處理水中的微量有機(jī)污染物以及難降解有機(jī)物方面的應(yīng)用具有顯著效果。經(jīng)過改性技術(shù)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(jìn)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(xù)發(fā)展的理念。但是由于光催化反應(yīng)器的設(shè)備的建設(shè)成本仍然處于比較高的水平，因此，目前光催化氧化技術(shù)仍然沒有在水處理領(lǐng)域得到十分廣泛的應(yīng)用。更多的情況下，光催化氧化技術(shù)用來處理一些含有有機(jī)磷化合物、含油氯仿、以及含有多氯聯(lián)苯和多環(huán)芳烴的工業(yè)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(shù)在農(nóng)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(dāng)中，都表現(xiàn)出十分良好的處理效果。

2.簡(jiǎn)述光催化氧化在有機(jī)/無機(jī)廢水處理中的應(yīng)用

在染料廢水處理中的應(yīng)用。眾所周知，印染行業(yè)在我國(guó)是屬于高污染并且高能耗的一種行業(yè)領(lǐng)域。我國(guó)的染料產(chǎn)量占據(jù)世界上總?cè)玖袭a(chǎn)量的百分之六十左右，據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，在我國(guó)，沒生產(chǎn)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(gè)數(shù)量是驚人的，對(duì)我國(guó)水環(huán)境的污染相當(dāng)嚴(yán)重。在染料廢水當(dāng)中，由于苯系類化合物以及萘系類化合物等都是生產(chǎn)染料的一些最基本的原料，因此在排放出的染料廢水當(dāng)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(shí)還含有較高的色度以及一些三致物質(zhì)等難降解的有毒有害物質(zhì)，是一種十分難降解的有機(jī)廢水。但是，半導(dǎo)體催化氧化技術(shù)在印染廢水處理當(dāng)中的應(yīng)用，常常能夠取得比較理想的效果。光催化氧化技術(shù)在處理印染廢水的時(shí)候，能夠使具有共軛結(jié)構(gòu)的染料分子發(fā)生變化，因此該技術(shù)在處理是表現(xiàn)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(jī)結(jié)構(gòu)，在宏觀上表現(xiàn)為廢水中的總有機(jī)碳的降低以及水中無機(jī)離子的生成。因此，目前光催化氧化技術(shù)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(yīng)用。在石油開采的過程當(dāng)中，往往會(huì)伴隨著大量的飛起石油類物質(zhì)的排放，因此，石油的開采和運(yùn)輸行業(yè)會(huì)對(duì)我國(guó)的水體環(huán)境造成嚴(yán)重的負(fù)面影響以及危害。含油廢水當(dāng)中主要含油一些多環(huán)芳烴以及脂肪酸、酚類和有機(jī)酸類等等物質(zhì)，這些物質(zhì)都屬于難降解有機(jī)物。因此，對(duì)于難降解有機(jī)物采用光催化氧化技術(shù)處理是一種不錯(cuò)的方式。油類的密度比水小，因此能夠在水面上呈現(xiàn)漂浮的狀態(tài)，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(dá)到處理含油廢水的效果，就要利用一種密度比水小，同時(shí)又能夠被二氧化鈦吸附而不會(huì)被二氧化鈦給光催化降解的物質(zhì)，作為一種中間載體，進(jìn)行對(duì)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(huán)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(lián)劑將納米級(jí)的二氧化鈦偶聯(lián)在質(zhì)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(dāng)?shù)耐磕ㄔ诳招牡牟Ａ蜉d體上面等等多種方式，來實(shí)現(xiàn)利用光催化氧化技術(shù)對(duì)含油廢水的處理。

眾所周知，無機(jī)廢水的主要成分是酸堿鹽等等無機(jī)物質(zhì)，這些普通的無機(jī)物質(zhì)在許多光催化氧化劑的表面也具有光化學(xué)活性。據(jù)相關(guān)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(qiáng)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(jī)物。

3.非均相光催化氧化技術(shù)存在的問題以及發(fā)展趨勢(shì)

非均相光催化氧化技術(shù)目前仍是一種新型的水處理技術(shù)，光催化氧化反應(yīng)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(jiǎn)單易行，是一項(xiàng)比較有前景的污水處理新技術(shù)。目前存在的問題主要是光輻射激發(fā)所產(chǎn)生的光致空穴以及光致電子的狀態(tài)都是不穩(wěn)定的，因此比較容易進(jìn)一步發(fā)生多種反應(yīng)，這些副反應(yīng)會(huì)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(duì)復(fù)合反應(yīng)的發(fā)生，是推廣光催化氧化技術(shù)應(yīng)用的重點(diǎn)之一。

其次，納米二氧化鈦?zhàn)鳛槟壳爸饕粦?yīng)用的光催化氧化劑，其禁帶寬度比較大，當(dāng)采用太陽光作為光源進(jìn)行照射的時(shí)候，對(duì)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(dāng)采用人工光源進(jìn)行照射的時(shí)候，例如紫外燈光或者是汞燈，這樣雖然能夠大大提高對(duì)光能的利用率，但是光源的發(fā)生對(duì)電能的消耗就會(huì)變得比之前增加數(shù)倍，在經(jīng)濟(jì)上也是不合理的。因此，這也是限制光催化氧化技術(shù)在污水處理領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用的瓶頸之一。為了提高光催化氧化反應(yīng)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(zhì)的顆粒制作成比較小的形態(tài)，甚至要求達(dá)到納米級(jí)別。那么，對(duì)于外形如此細(xì)小的顆粒如果不能采用科學(xué)合理的方式進(jìn)行固定，就會(huì)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(huì)造成巨大的浪費(fèi)，也會(huì)大大削減對(duì)廢水的處理效果。盡管光催化氧化技術(shù)在對(duì)難降解的有機(jī)物進(jìn)行氧化降解時(shí)取得了比較理想的成果，但是在許多工程實(shí)踐的情況當(dāng)中，如果僅僅依賴于光催化氧化這種單一的難降解有機(jī)物的去除技術(shù)很難達(dá)到預(yù)期的效果。

綜上所示，光催化氧化技術(shù)在原理上能夠應(yīng)用于難降解有機(jī)廢水的處理，并且能夠達(dá)到很好的有機(jī)物、色度以及有毒有害物質(zhì)的去除效果。但是由于在實(shí)際工程應(yīng)用當(dāng)中還存在著許多問題，對(duì)于光催化氧化技術(shù)的研究工作仍要繼續(xù)進(jìn)行，尋找解決制約其廣泛應(yīng)用的問題的科學(xué)措施，進(jìn)一步減少成本，提高水處理效果，未來的發(fā)展前景十分廣泛。

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作者簡(jiǎn)介：

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