二氧化钛光催化氧化模板.doc

TiO2光催化反应及其在废水
处理中应用*
沈伟韧　赵文宽　贺 飞　方佑龄**
(武汉大学化学系　武汉 430072)
摘　要　TiO2多相光催化能利用太阳能有效降解多个对环境有害污染物, 使有害物质矿化为CO2、 H2O及其它无机小分子物质。 本文综述了TiO2光催化机理, 提升光催化能力路径, 多个含有代表性污染物光催化降解处理方法, 和现在尚存在部分问题, 扼要介绍了多年来TiO2光催化反应及其在废水处理中应用研究进展及应用前景。
关键词　TiO2　多相光催化　降解　废水处理
TiO2-Based Photocatalysis and Its Applications
for Waste Water Treatment
Shen Weiren Zhao Wenkuan He Fei Fang Youling
(Department of Chemistry, Wuhan University, Wuhan 430072, China)
Abstract TiO2-based heterogeneous photocatalysis has the potential to degrade environmental pollutants by solar energy. The contaminants can be mineralized to CO2, H2O and other small molecules. The paper deals with the principle and mechanism of photocatalysis on TiO2, the ways for enhancing photocatalytic efficiency, and the methods and problems of TiO2 photocatalysis for degradations of several typical contaminants. The recent developments in TiO2 photocatalysis and its application prospects for the treatment of wastewater are introduced.
Key words TiO2; heterogeneous photocatalysis; degradation; wastewater treatment
一、 概　述
　　自1972年日本Fujishima和Honda［1］发觉TiO2单晶电极光分解水以来, 多相光催化反应引发大家浓厚爱好, 科学家们对此进行大量研究, 探索该过程原理, 致力提升光催化效率［2—7］。 现在, 在多相光催化反应所使用半导体催化剂中, TiO2以其无毒、 催化活性高、 氧化能力强、 稳定性好最为常见。 但因为TiO2带隙较宽( eV), 能利用太阳能仅占总太阳光强大约3%。 为了提升对太阳能利用率, 并主动改善催化效率, 大家已进行了大量研究工作, 如采取部分表面修饰改性技术, 设计研制高效能反应器等。
　　利用半导体光催化作用可有效地降解和消除有害污染物。 多年来, 半导体多相光催化作为一项新污染治理技术, 日益受到重视。 它在废水处理中应用潜力, 已经有很多文件报道［4—8］。 大量研究证实, 染料、 表面活性剂、 有机卤化物、 农药、 油类、 氰化物等全部能有效地进行光催化反应, 脱色、 去毒, 矿化为无机小分子物质, 从而消除对环境污染。
　　现在, 中国外对于光催化基础理论和实践应用方面研究工作已经有大量报道, 本文试就多年来TiO2光催化反应及其在废水处理中应用研究进展作一综述。
二、 TiO2光催化机理
　　
　　 半导体粒子含有能带结构, 通常由填满电子低能价带(valence band, VB)和空高能导带(conduction band, CB)组成, 价带和导带之间存在禁带。 当用能量等于或大于禁带宽度(也称带隙
, Eg)光照射半导体时, 价带上电子(e-)被激发跃迁至导带, 在价带上产生对应空穴(h+), 并在电场作用下分离并迁移到粒子表面。 光生空穴有很强得电子能力, 含有强氧化性, 可夺取半导体颗粒表面被吸附物质或溶剂中电子, 使原本不吸收光物质被活化氧化, 电子受体经过接收表面电子而被还原。 光催化机理可用下式说明:
TiO2＋H2O→e-＋h+
h+＋H2O→*OH＋H+
h+＋OH-→*OH
O2＋e-→*O2-, *O2-＋H+→HO2*
2HO2*→O2＋H2O2
H2O2＋O2-→*OH＋OH-＋