光催化氧化技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

　　近年來，污染問題越來越引起人們的重視，各行業(yè)部門都采取了嚴(yán)格的控制標(biāo)準(zhǔn)和措施。雖然已有不少污染處理方法應(yīng)用于實際生產(chǎn)中，但由于其本身的局限性，對于一些有毒、難降解的生化廢水，如農(nóng)藥、造紙和染料等企業(yè)所排放的污水仍缺乏行之的技術(shù)方法。隨著科技的不斷進步，一些新的水污染治理技術(shù)開始顯露出其的效果，光催化氧化就是其中一個典型的代表。
　　光催化氧化技術(shù)具有諸多優(yōu)點:可將物分解礦化，在常溫常壓下反應(yīng)，操作簡易，能耗低，所使用的催化劑TiO2，穩(wěn)定性高，成本低，可回收利用。因此，這門技術(shù)已引起越來越多的工作者的關(guān)注。
　　光催化氧化法是近幾十年來發(fā)展起來的一種氧化技術(shù)(advancedoxidationprocess,AOP)。它是將特定光源(如紫外光UV)與催化劑(TiO2或CdS)聯(lián)合作用對廢水進行降解處理的過程。
　　TiO2受光源激發(fā)產(chǎn)生的空穴是一種強氧化劑，導(dǎo)帶電子則是一種強還原，大多數(shù)物和無機物能夠直接或間接被它們氧化還原。反應(yīng)過程中生成的·OH具有的化學(xué)活性，利用這種的自由基可以氧化包括生物難以轉(zhuǎn)化的各種物并使之礦化，甚至能夠氧化體內(nèi)的物生成CO2和H2O。另外，它還可以與有毒的無機物起氧化反應(yīng)使其在短時間內(nèi)失去毒性。

　　早期光催化氧化的研究，多以懸浮相光催化為主，半導(dǎo)體粉末(TiO2)以懸浮態(tài)存在于水溶液中，這樣催化劑就難以回收，活性成分損失較大。而且這種懸浮液在反應(yīng)后要經(jīng)過濾離心、共聚和沉降等方法進行分離，處理步驟復(fù)雜，費用較高。催化劑的固定是解決液相和懸浮相催化劑分離回收問題的途徑。目前較常用的方法是采用溶膠一凝膠法制備TiO2膜，將其固定于擔(dān)載相上。這種方法制備的薄膜不僅均勻性和結(jié)晶性較好，而且可以通過改變?nèi)苣z一凝膠參數(shù)來控制膜的表面積和孔結(jié)構(gòu)，制得的薄膜催化劑，且技術(shù)簡單。已有文獻報道了將TiO2膜固定于玻璃纖維鎳網(wǎng)、空心球、石英管、海砂和活性炭等物質(zhì)上并取得了良好的催化降解效果。這些固定方法不僅提高了TiO2的催化活性，加速了反應(yīng)，還節(jié)省了TiO2的回收成本，為進一步大面積應(yīng)用于生產(chǎn)中提供了良好的理論基礎(chǔ)。
　　在光催化氧化反應(yīng)中常會用到冷阱來控制反應(yīng)液的溫度，其制造材料的選擇會決定冷阱本身的透光性能。對玻璃和石英兩種冷阱做對比實驗得出，當(dāng)采用石英冷阱時甲基橙的脫色率是采用玻璃冷阱的4.3倍。這主要是因為石英冷阱可透過的紫外光，能夠充分地利用光源所產(chǎn)生的光子能量。
　　光催化反應(yīng)本身的活化能比較小，溫度對它的影響不是很大。但繼光反應(yīng)之后的一系列氧化還原反應(yīng)大多都伴隨著吸熱或放熱效應(yīng)，因而溫度的影響是一個不容忽視的因素。
　　在范圍內(nèi)TiO2的催化效率是隨著投加量的增加而增加的。但是當(dāng)投加量高于某一值后，其催化效率不僅不會再提高，而且會有稍降的趨勢。其原因是由于較大濃度的TiO2懸浮顆粒會對入射光起到一個遮蔽的作用，降低了光源發(fā)射的光子效率。
　　雖然光氧化技術(shù)具有良好的氧化還原能力，但由于當(dāng)今水體中污染物的復(fù)雜性和多樣性，使得單獨使用某一技術(shù)往往達不到理想的效果。近幾年來，許多人員將光催化技術(shù)與其他方法聯(lián)用取得了諸多成果。把光催化氧化技術(shù)與其他方法相結(jié)合，產(chǎn)生、經(jīng)濟的是行之的。
　　但由于光催化氧化技術(shù)本身的一些局限性，如回收困難、光源利用率低、催化效果不高等因素，決定了今后的研究將主要集中在以下幾個方面:
　　(1)催化劑的合理回收和使用。研究的固定相TiO2載體，避免催化劑回收費用高和利用率低的缺陷。
　　(2)提高光源的效率和使用年限。設(shè)計的工業(yè)用光源，增加其在特定波長范圍內(nèi)的照射強度，并提高它的使用壽命。
　　(3)催化劑的改良。通過金屬摻雜、復(fù)合半導(dǎo)體等技術(shù)提高TiO2的催化活性，制備出適用于以太陽光為光源的光催化劑。
　　(4)氧化劑的添加和組合使用。在已經(jīng)進行的研究基礎(chǔ)上找出較為的氧化劑類型和添加量，并嘗試把幾種氧化劑組合以達到較佳的催化效果。