隨著水污染情況的日益加重，對(duì)污染水體的治理已經(jīng)越來越受到全球范圍的關(guān)注，成為環(huán)保領(lǐng)域的一個(gè)重要課題，目前許多國(guó)家和地區(qū)的地表水及地下水均受到不同程度的污染。水體的污染物來源于各個(gè)領(lǐng)域，僅僅地面水體中檢出的有機(jī)物達(dá)到2221種，其中具有致癌、致畸的達(dá)數(shù)百種之多。
光催化氧化技術(shù)與傳統(tǒng)的污水處理技術(shù)相比能夠?qū)Χ喾N污染物進(jìn)行去除，且不存在二次污染。該技術(shù)在常規(guī)條件下即可實(shí)現(xiàn)，能耗低、反應(yīng)快、操作簡(jiǎn)、處理效率高。近些年來，對(duì)于光催化氧化技術(shù)的研究成為一個(gè)熱門方向，研究表明其可應(yīng)用于處理生活廢水、農(nóng)業(yè)廢水及工業(yè)廢水，也可用于消毒。
1、光催化技術(shù)機(jī)理
光催化氧化技術(shù)是利用半導(dǎo)體作催化劑，通常有TiO2、ZnO、WO3、CdS、ZnS和SnO2等。當(dāng)催化劑接受一定能量的光照時(shí)，價(jià)帶中的電子被激發(fā)到導(dǎo)帶，價(jià)帶產(chǎn)生空穴。電子和空穴分別具有還原性和氧化性，將周圍水和氧氣激發(fā)為更具活性的離子基，從而破壞有機(jī)物結(jié)構(gòu)。以TiO2為例，光催化氧化的反應(yīng)通式如下：
TiO2+hv →TiO2（e-+ h+）
TiO2（h+） + H2Oad → TiO2+·OHad + H+
式中e-—晶體表面的電子；h+—晶體表面的空穴。
2、光催化技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀
2.1有機(jī)物污染廢水治理的應(yīng)用
光催化氧化技術(shù)可以有效的去除多種有機(jī)污染物，經(jīng)過眾多科學(xué)工作者的研究，該技術(shù)可有效的處理以下有機(jī)廢水。
（1）染料廢水
印染工業(yè)過程中流失的染料占全部染料產(chǎn)量的15%，是工業(yè)廢水的主要污染源之一。染料廢水中具代表性的有機(jī)染料甲基橙、亞甲基藍(lán)分別屬于難降解的醌式和蒽式物質(zhì)。用Ag改性的TiO2膜片處理溶液，在紫外光下對(duì)甲基橙的脫色率可達(dá)71%，在可見光下對(duì)亞甲基藍(lán)的脫色率可達(dá)98%。TiO2-Cu2O復(fù)合膜，在最佳條件下，當(dāng)降解時(shí)間為12h，降解亞甲基藍(lán)的效率可到到75%。
（2）表面活性劑廢水
表面活性劑被廣泛的應(yīng)用于洗滌劑、造紙業(yè)、醫(yī)藥也及各種精細(xì)化工等領(lǐng)域。表面活性劑是兼具親油性和親水性的有機(jī)物，極易殘留在水中，可對(duì)水生物產(chǎn)生比較強(qiáng)的毒性。日常生活中使用的表面活性劑SDBS在自然狀況下分解一般需幾周甚至數(shù)月。使用銳鈦礦型、金紅石型和鉑金-金紅石型TiO2對(duì)SDBS光催化分解，在光照8h時(shí)效率分別可達(dá)到92.95%、72.43%、86.51%。
（3）制藥廢水
制藥廢水具有種類多、有機(jī)污染嚴(yán)重等特點(diǎn)，傳統(tǒng)的物理處理方法不能從根本上去除污染物，而化學(xué)和生物方法又無法應(yīng)對(duì)廢水中污染物的多樣性。相比之下，光催化氧化以其可降解多種有機(jī)物、無二次污染、操作簡(jiǎn)單等突出優(yōu)點(diǎn)而受到重視。研究發(fā)現(xiàn)，摻鐵納米TiO2在紫外光照射下，降解制藥廢水的效率在60%以上。
（4）有機(jī)農(nóng)藥廢水
造成污染的農(nóng)藥廢水中主要含：有機(jī)磷農(nóng)藥、三氯苯氧乙酸、DDVP、DTHP、DDT、三氮硝基甲烷等。這些有機(jī)物毒性較大，難以降解。目前使用的處理方法主要是生化法，但處理費(fèi)用高，且效果不理想。
近些年來，隨著對(duì)光催化氧化技術(shù)研究的深入，發(fā)現(xiàn)其對(duì)降解農(nóng)藥廢水有較好的效果。研究表明，TiO2膜固定化技術(shù)可對(duì)有機(jī)磷敵敵畏農(nóng)藥進(jìn)行光催化降解；TiO2/GeO2復(fù)合膜圓形光催化氧化反應(yīng)器對(duì)預(yù)處理后的農(nóng)藥廢水進(jìn)行光催化氧化降解，可使出水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)；光催化氧化可降解敵百蟲農(nóng)藥，在一定條件下去除率可達(dá)92.50%。
（5）含油廢水
在石油生產(chǎn)過程中，由油田直接抽出的為含水較多的油水混合物，經(jīng)處理后提取石油，剩余水一部分回灌一部分排出，排出水中仍含有一定量的石油，對(duì)水體造成了污染。
隨著石油業(yè)的發(fā)展，污染日益加重，威脅著人類的健康。含油廢水中的油類主要是鏈烴和芳烴，使用光催化氧化技術(shù)可以將這些有機(jī)物最終氧化為H2O、CO2 、N2 、PO3-4、SO2-4。W. Gernjak 等研究了太陽光催化TiO2及太陽光/Fenton 試劑處理橄欖油工廠廢水（OMW），取得了良好地降解效果。
2.2 無機(jī)污染廢水處理的應(yīng)用
水體中無機(jī)污染物主要有金屬離子和氰離子等，它們來源于礦井、電化學(xué)工業(yè)、鋼鐵工業(yè)等廢水。研究表明，使用光催化法對(duì)含鉻廢水進(jìn)行處理能有效還原Gr（VI）離子，并且在酸性條件下及加入苯酚、葡萄糖時(shí)可極大提高鉻的去除率。
一定條件下制備的TiO2光催化劑在紫外光作用下對(duì)Cu2+處理效果可達(dá)到國(guó)家生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，農(nóng)田灌溉水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)光催化氧化技術(shù)也可去除Cu2+、Pb2+、Hg2+等金屬離子，及其他無機(jī)離子。
2.3 去除消毒副產(chǎn)物
隨著生活質(zhì)量的提高，飲用水安全越來越受到人們的重視，消毒副產(chǎn)物是在消毒過程中，消毒劑與飲用水中的一些天然有機(jī)物反應(yīng)生成有害化合物，產(chǎn)物主要有DBPs、鹵代酚、鹵乙腈、鹵代酮等，這些物質(zhì)雖含量不高，卻大多致癌或致突，光催化氧化技術(shù)用于處理消毒副產(chǎn)物有一定效果。
研究表明，用TiO2薄膜催化劑在低壓汞燈照射下去除消毒副產(chǎn)物，能明顯提高致癌致突變有機(jī)物的光降解速率，尤其以直接光降解能力較差的氯代烷烴類物質(zhì)最為明顯。
2.4 用于消毒
光催化氧化技術(shù)不僅能去除水中的有機(jī)物和無機(jī)離子，還可以起到滅菌消毒的作用。光催化產(chǎn)生的HO-和水中的活氧物質(zhì)（O2-、-OOH、H2O2等）共同作用，通過破壞細(xì)菌的細(xì)胞壁（膜）結(jié)構(gòu)、遺傳物質(zhì)、代謝過程，達(dá)到消毒目的。
據(jù)相關(guān)研究表明，光催化氧化技術(shù)較單純的紫外線消毒的殺菌效率更高，運(yùn)行中可降低UV消毒的成本。采用均向沉積法制得一種納米TiO2微粒膜材料，在一定條件下用自然光照射進(jìn)行殺菌性能檢測(cè)，結(jié)果表明該膜材料對(duì)金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、白色念球菌在30min內(nèi)的殺菌率均達(dá)到90.00%以上，對(duì)乙肝病毒的殺滅效果在20min 內(nèi)達(dá)43.42%。 |
