王茹(內(nèi)蒙古烏海市烏海職業(yè)技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古 烏海 016000)

論TiO_2光催化氧化技術(shù)在水處理中的研究進(jìn)展

王茹(內(nèi)蒙古烏海市烏海職業(yè)技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古 烏海 016000)

TiO_2光催化氧化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水的降解和預(yù)處理，實(shí)現(xiàn)廢水的二次利用。本文通過(guò)對(duì)TiO_2光催化氧化技術(shù)的基本原理進(jìn)行總結(jié)，并從染料廢水的處理、垃圾滲透液的處理和內(nèi)分泌干擾物的處理三方面，論述了TiO_2光催化氧化技術(shù)在水處理中的研究和應(yīng)用，最后對(duì)未來(lái)TiO_2光催化氧化技術(shù)做出了展望，希望對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的工作起到一定幫助作用。

TiO_2光催化氧化技術(shù)；染料廢水；垃圾滲透液

1 TiO_2光催化氧化技術(shù)的基本原理

TiO_2是一種半導(dǎo)體材料，在結(jié)構(gòu)組成上，包括一個(gè)電子的低能價(jià)帶和另一個(gè)高能導(dǎo)帶。價(jià)帶和導(dǎo)帶之間存在一定距離，在該距離中所形成的的區(qū)域被人們稱為禁止帶，長(zhǎng)度大約在3.2ev。TiO_2在光的照耀下會(huì)產(chǎn)生電子空穴，直接對(duì)吸附在表面的污染物進(jìn)行氧化還原，或者將表面的羥基進(jìn)行氧化，生成自由氫氧基，通常用·OH來(lái)表示，這種氫氧基具有較強(qiáng)的氧化性，可以將大多數(shù)無(wú)機(jī)污染物氧化，生成CO2和水分子。當(dāng)TiO_2受到的能量激發(fā)過(guò)大時(shí)，將會(huì)突破禁帶寬度的限制，從而釋放電子進(jìn)入導(dǎo)帶中，由于導(dǎo)帶的活性較高，而電子可在導(dǎo)帶中形成電子空穴，以強(qiáng)大的吸附力將半導(dǎo)體表面上的有機(jī)物和溶劑吸附到空穴中，實(shí)現(xiàn)有機(jī)物的不斷氧化[1]。

光催化氧化反應(yīng)主要機(jī)制是利用·OH的強(qiáng)氧化性，實(shí)現(xiàn)有機(jī)物的有效降解，該過(guò)程主要通過(guò)自由氫氧基氧化反應(yīng)，最終產(chǎn)生一系列的氧化還原反應(yīng)，得到對(duì)環(huán)境無(wú)污染的自由基，從而實(shí)現(xiàn)污水降解，防止環(huán)境遭到嚴(yán)重破壞。

2 TiO_2光催化氧化技術(shù)在水處理中的應(yīng)用研究

由于TiO_2光催化氧化技術(shù)的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，很多國(guó)內(nèi)外專家對(duì)降解廢水進(jìn)行了大量研究，包括TiO_2光催化氧化技術(shù)的催化原理、降解原理等。

2.1 TiO_2光催化氧化技術(shù)處理染料廢水研究

染料廢水是廢水處理中的難點(diǎn)之一，染料廢水中COD、色度、含鹽量均較高，如果使用傳統(tǒng)處理方式，很難使染料廢水達(dá)到正常排放標(biāo)準(zhǔn)，而通過(guò)TiO_2光催化氧化技術(shù)可以有效實(shí)現(xiàn)染料廢水的降解。1999年，我國(guó)化學(xué)研究學(xué)者李方柏提出了絮凝-光催化聯(lián)合處理法來(lái)進(jìn)行對(duì)實(shí)際染料廢水的處理，研究結(jié)果表明，當(dāng)染料廢水被催化氧化之后，其中的COD、BOD5等去除率在90%以上，該處理方式在2012年之前被廣泛應(yīng)用。2012年，學(xué)者Huang等對(duì)染料廢水做了進(jìn)一步研究，應(yīng)用TiO_2光催化氧化技術(shù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：廢水中COD的去除效果隨著各個(gè)因素的增加量變化而變化，其順序?yàn)門(mén)iO_2的投放量＞PH值＞光照時(shí)間。經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)研究，研究人員最終確定了除了染料廢水的最佳實(shí)驗(yàn)條件：TiO_2的投放量在3g∕L，光照時(shí)間保持在60min，PH值為6.0，在最佳條件作用下，色度和COD的去除率大約在89%和63.7%。

通過(guò)上述兩項(xiàng)實(shí)驗(yàn)可以得出，TiO_2光催化氧化技術(shù)在染料廢水處理中具有較高的可行性，通過(guò)物理、生物處理方式的有效結(jié)合，可以進(jìn)一步提高TiO_2光催化氧化技術(shù)的降解效率，為環(huán)境優(yōu)化保護(hù)提供基礎(chǔ)。

2.2 TiO_2光催化氧化技術(shù)處理垃圾滲透液研究

在城市垃圾滲透液中，含有濃度較高的有機(jī)廢水，這種有機(jī)廢水很難實(shí)現(xiàn)降解，對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重。近年來(lái)，很多學(xué)者致力于垃圾滲透液的降解研究。在2006年，Zhao等人利用光催化-電解聯(lián)用技術(shù)對(duì)垃圾滲透液進(jìn)行處理，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，光催化-電解聯(lián)用技術(shù)對(duì)COD、TOC、氨氮的處理效果分別達(dá)到了74%、41%、94%，實(shí)現(xiàn)了將有機(jī)物成功轉(zhuǎn)化為分子較小的酸。到了2012年，Wisz等人利用TiO_2光催化氧化技術(shù)對(duì)垃圾滲透液進(jìn)行深度處理，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在經(jīng)過(guò)300min的TiO_2光催化氧化處理之后，有80%的殘余有機(jī)物被有效降解。在同年，Cho等人以TiO_2為催化劑，并通過(guò)相關(guān)無(wú)機(jī)物作用，對(duì)垃圾滲透液進(jìn)行催化氧化處理，最終確定了酸性條件下無(wú)機(jī)物濃度越低，光催化氧化技術(shù)的去除率也就越高。

通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)可以看出，目前對(duì)垃圾滲透液的催化氧化處理研究主要集中在光催化氧化技術(shù)對(duì)垃圾滲透液的處理研究以及光催化氧化對(duì)垃圾滲透液深度處理研究。

2.3 TiO_2光催化氧化處理內(nèi)分泌干擾物的研究

目前，內(nèi)分泌干擾物的污染問(wèn)題備受人們關(guān)注。內(nèi)分泌干擾物主要包括甲氧氯、鈦酸酯、雌三合成雌激素等，常規(guī)水處理方式也很難將內(nèi)分泌干擾物有效降解和去除。2000年，Cole?man等人利用TiO_2對(duì)E2進(jìn)行光降解，在3.5h之內(nèi)，去除率高達(dá)98%，2007年，我國(guó)學(xué)者李青松等人通過(guò)納米TiO_2懸漿體系，對(duì)內(nèi)分泌干擾物中的E2進(jìn)行降解，最終確定了其降解過(guò)程屬于一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型。隨著科學(xué)研究的不斷進(jìn)行，人們將光催化氧化技術(shù)應(yīng)用在了內(nèi)分泌干擾物的降解工作中，2007年，徐高田等人進(jìn)經(jīng)過(guò)研究，設(shè)計(jì)出了TiO_2光催化-SBR裝置，對(duì)廢水中的內(nèi)分泌干擾物進(jìn)行處理，最終確定了最佳處理情況。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，TiO_2光催化氧化技術(shù)在水處理中的研究具有重要意義，該研究領(lǐng)域主要的研究對(duì)象包括TiO_2光催化劑的制備和改良、以及太陽(yáng)光、PH值利用等。在此基礎(chǔ)上，不但可以實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水的有效降解，還能對(duì)環(huán)境保護(hù)作出一定貢獻(xiàn)。隨著工業(yè)進(jìn)程的加快，人們對(duì)TiO_2光催化氧化技術(shù)的依賴程度也越來(lái)越高，相關(guān)工作人員應(yīng)繼續(xù)對(duì)TiO_2光催化氧化技術(shù)進(jìn)行深入研究，保證水中污染物得到有效降解。

[1]吳支備,劉飛.高級(jí)氧化技術(shù)在水處理中的研究進(jìn)展[J].山西建筑,2016,08:156-157.