光催化氧化治理環(huán)境污染的關(guān)鍵技術(shù)

　　在環(huán)境污染的光催化降解治理中，催化劑的選擇、光催化降解反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和對(duì)降解條件的優(yōu)化是提高污染物光催化降解效率的關(guān)鍵技術(shù)。
　　1光催化氧化降解催化劑的選擇
　　目前關(guān)于催化劑的研究，基本上是涉及非均相的光催化氧化體系。半導(dǎo)體粒子是理想的光催化劑，其中TiO2(銳態(tài)型)又是目前公認(rèn)的最的半導(dǎo)體催化劑，它的顯著優(yōu)點(diǎn)是：能吸收太陽(yáng)光譜中的弱紫外輻射部分；氧化還原性較強(qiáng)；在較大聲值范圍內(nèi)的穩(wěn)定性強(qiáng)；。但由于TiO2的禁帶寬度為3.2eV，只能吸收波長(zhǎng)小于387nm的紫外輻射，因此其吸收光譜只占太陽(yáng)光譜中很小的一部分，不能充分利用太陽(yáng)能，另外，T1O2的光量子效率也有待進(jìn)一步提高。有鑒于此，已從多種途徑進(jìn)行了TiO2材料的改性研究，包括對(duì)TiO2進(jìn)行鍛燒、表面貴金屬淀積、金屬離子摻雜、半導(dǎo)體的光敏化和復(fù)合半導(dǎo)體的研制等。摻雜特定金屬離子或光敏化均有可能使催化劑吸收波長(zhǎng)延長(zhǎng)至可見(jiàn)光范圍。若采用禁帶寬度較小的半導(dǎo)體與TiO2復(fù)合，則可能拓展催化劑吸收光譜范圍，如Fe203的禁帶寬度為2.2eV，其吸收波長(zhǎng)可達(dá)563nm。近年來(lái)又發(fā)現(xiàn)納米級(jí)TiO2材料的催化于一般半導(dǎo)體材料，中孔分子篩材　　料由于具有大而規(guī)整的孔徑，能加快活性物的擴(kuò)散，引起了研究者們的興趣。
在實(shí)際的污染治理中TiO2催化劑的存在形式主要有兩種：懸浮式和固定式。懸浮式是采取攪拌的方式使催化劑與污水充分混合，這樣能保持催化劑固有的活性，但又有以下不足：TiO2微小顆粒易流失，細(xì)小顆粒與廢水的分離緩慢又昂貴，懸浮粒子對(duì)光線的吸收阻擋影響了光的輻照。固定式是將TiO2等半導(dǎo)體材料噴涂在多孔玻璃、玻璃纖維、玻璃板或鋼絲網(wǎng)衛(wèi)，使污水流過(guò)經(jīng)固定化的催化劑，并與之作用，以這種形式存在的TiO2不易流失，但催化劑因固定而降低了活性且運(yùn)行時(shí)需要提高進(jìn)入反應(yīng)器的水壓，催化劑還存在易淤塞和難的問(wèn)題。此外，研究這類(lèi)催化劑的存在狀態(tài)，使之、，是一項(xiàng)重要的課題。對(duì)于均相光催化劑體系，如何將均相變?yōu)榉蔷啵x用哪種化合物與H2O2組合，以的降解效果、的吸收和利用太陽(yáng)能，也在進(jìn)一步深入研究中。

　　2光催化降解反應(yīng)器的設(shè)計(jì)
　　設(shè)計(jì)與制造適宜的反應(yīng)器，是進(jìn)行規(guī)模太陽(yáng)能光催化降解污染物的重要環(huán)節(jié)。根據(jù)各國(guó)經(jīng)驗(yàn)，反應(yīng)器可分為聚光、不聚光兩種類(lèi)型。
　　2.1聚光式反應(yīng)器
　　在90年代初，開(kāi)始用于實(shí)際污水處理的反應(yīng)器主體為拋物槽鏡，將能透過(guò)紫外光線的玻璃管(如高硼硅玻璃管)置于槽鏡的焦線上，使催化劑TiO2粉末與污染水混合通過(guò)玻璃管時(shí)降解發(fā)生光化學(xué)反回聚光式反應(yīng)器的突出優(yōu)點(diǎn)是能使日光光強(qiáng)數(shù)十倍地增加，能取得很好的去污效果。但聚光式反應(yīng)器價(jià)格昂貴，技術(shù)難度大，不能利用散射部分的光能，且污水處理量亦受到限制。
　　2.2非聚光式反應(yīng)器
　　目前研究應(yīng)用的非聚光式反應(yīng)器主要有以下幾種形式：箱式、管式、平板式、凹陷膜式和淺太陽(yáng)池式等。其中，淺太陽(yáng)池式尤其適合于在需要進(jìn)行工業(yè)廢水處理的場(chǎng)所建造。如果工業(yè)企業(yè)已經(jīng)有用于微生物廢水處理的池式設(shè)施，那么淺太陽(yáng)池可以在進(jìn)行微生物處理前或處理后與之相連接，以便利用陽(yáng)光通過(guò)光催化氧化進(jìn)行廢水凈化，有利于光化學(xué)技術(shù)與生物技術(shù)相結(jié)合。如采用太陽(yáng)光一固定床多相光催化氧化法與生物氧化法組合工藝對(duì)染料廢水處理，較好的色度及COD去除效果。
　　2.3污染物光催化降解條件的優(yōu)化組合
　　為了優(yōu)化光催化降解條件，提高污染治理效率，防止降解過(guò)程中產(chǎn)生污染物帶來(lái)的二次污染，需要研究物的光催化降解機(jī)理，確定反應(yīng)各步驟的反應(yīng)產(chǎn)物及反應(yīng)速率常數(shù)，考察各種因素對(duì)物光催化降解速率的影響。
　　在考察物光催化降解速率時(shí)，各種環(huán)境污染指標(biāo)如TOC(總碳),COD(化學(xué)需氧量),BOD(生化需氧量)的變化速率和CO2的釋放速率被用來(lái)表征物的降解速率。對(duì)不同條件下污染物光催化降解速率的研究發(fā)現(xiàn)，合適的催化劑投加量不僅能提高污染物的降解效率，而且能提高治理的經(jīng)濟(jì)效益。輻照度越大，光催化降解效率越高，當(dāng)輻照度小于一個(gè)太陽(yáng)時(shí)，物的光催化降解速率與輻照度成正相關(guān)。適當(dāng)提高溶解氧濃度能物的光降解，另外，溶液pH值也是影響光催化降解效率的重要因素。在光照條件下，針對(duì)濃度、類(lèi)型的污染椒催化劑的最適濃度、最易降解的pH值范圍也不一樣。溶液中存在的無(wú)機(jī)離子大多對(duì)物的光催化降解起作用。因此，在污水的光催化降解治理中，應(yīng)根據(jù)污水實(shí)際的物理化學(xué)狀況，優(yōu)化降解條件。