納米二氧化鈦在廢水處理中的研究

1、 本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 題目： 納米二氧化鈦在廢水處理中的研究 系 部 化學(xué)化工系 學(xué)科門類 化學(xué) 專 業(yè) 化學(xué)（非師范）學(xué) 號 姓 名 指導(dǎo)教師 2011年 05 月 28 日肥師范學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書裝訂線（指導(dǎo)教師用表）學(xué) 生 姓 名指 導(dǎo) 教 師論文（設(shè)計(jì)）題目納米TiO2在廢水處理中的研究主要研究內(nèi)容1.納米TiO2光催化機(jī)理2. TiO2用于廢水處理的3.TiO2降解水中表面活性劑4. TiO2光催化降解染料廢水5. TiO2處理農(nóng)藥廢水6.處理造紙廢水研究方法文獻(xiàn)法主要任務(wù)及目標(biāo)通過對納米TiO2處理各種廢水的研究，把握納米TiO2用于光催化處理廢水的研究進(jìn)展，了解

2、納米TiO2用于廢水處理的優(yōu)點(diǎn)和不足，探討其未來的發(fā)展前景。主要參考文獻(xiàn)1 閆鵬飛，周德瑞，王建強(qiáng)，等 水熱法制備摻雜鐵離子的TiO2納米粒子及其光催化反應(yīng)研究J. 高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報(bào)，2002，23（12）: 231723212 孔令仁，陳曦，楊曦. 附著態(tài)半導(dǎo)體光催化劑降解可溶性染料的研究J. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，1996，16（4）:406411.進(jìn)度安排論文（設(shè)計(jì)）各階段名稱日期第一階段：課題研究預(yù)備期。 2011.2.212011.3.13， 第二階段：實(shí)驗(yàn)開展階段。 2011.3.142011.4.25第三階段：寫畢業(yè)論文階段。 2011.4.262011.5.30 指導(dǎo)教師簽字:教研室指

3、導(dǎo)小組組長簽字：系部領(lǐng)導(dǎo)小組組長簽字：合肥師范學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開題報(bào)告裝訂線（學(xué)生用表）課題納米TiO2在廢水處理中的研究系部化學(xué)化工系專業(yè)化學(xué)學(xué)科化學(xué)（非師范）學(xué)生指導(dǎo)教師（1、內(nèi)容包括：課題的來源及意義，國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r，本課題的研究目標(biāo)、內(nèi)容、方法、手段及進(jìn)度安排、實(shí)驗(yàn)方案的可行性分析和已具備的實(shí)驗(yàn)條件、具體參考文獻(xiàn)等。2、撰寫要求：字體為宋體、小四號，字?jǐn)?shù)不少于1500字。）一、課題的來源與意義世界性水資源短缺形勢已迫使世界各國政府高度重視水資源的可持續(xù)和重復(fù)利用。隨著我國工業(yè)的發(fā)展，工業(yè)廢水的排放量在日益增加，水體資源遭遇廢水的嚴(yán)重污染。中國污水治理工藝誕生至今,經(jīng)歷了物理法

4、、化學(xué)法、生物法、物理化學(xué)法，通過投加水處理劑來達(dá)到水質(zhì)控制的目的，效率較低、成本高，有的存在二次污染等問題。納米技術(shù)的出現(xiàn)及其在水處理中的研究發(fā)展，使我們看到了希望，有希望被處理為無害的水。納米TiO2在廢水處理中的應(yīng)用研究已展現(xiàn)了廣闊的前景，隨著技術(shù)的深入研究、不斷發(fā)展，利用納米技術(shù)解決污染問題將成為未來水污染治理發(fā)展的重要方向。將對解決全球性的水荒和水體污染問題發(fā)揮重要作用，對保護(hù)環(huán)境和維護(hù)生態(tài)平衡起到深遠(yuǎn)的影響。二、國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r在20世紀(jì)70年代，納米量級二氧化鈦的光催化特性被發(fā)現(xiàn)，國外從80年代中期開始，國內(nèi)從90年代開始，在這方面的實(shí)驗(yàn)室研究工作已取得多項(xiàng)成果。TiO2共摻雜已成

5、為TiO2光催化領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，已有很多在實(shí)驗(yàn)室摻雜合成，對廢水處理有明顯效果的報(bào)導(dǎo)。但該技術(shù)大都處在實(shí)驗(yàn)階段，還不能滿足實(shí)用化的要求，也未見工程化、產(chǎn)業(yè)化的實(shí)例報(bào)道。日本、美國、加拿大等國家正嘗試把納米 TiO2光催化氧化技術(shù)用于水處理。三、研究目標(biāo)通過對納米TiO2處理各種廢水的研究，把握納米TiO2用于光催化處理廢水的研究進(jìn)展，了解納米TiO2用于廢水處理的優(yōu)點(diǎn)和不足，探討其未來的發(fā)展前景。四、研究內(nèi)容與研究方法研究內(nèi)容：1. 納米TiO2光催化反應(yīng)機(jī)理2. 納米TiO2用于廢水處理的3. 納米TiO2處理含油廢水 4. 納米TiO2處理含藥物廢水5. 納米TiO2處理印染廢水6. 納米

6、TiO2處理造紙廢水研究方法：文獻(xiàn)法五、進(jìn)度安排2011.1.102011.1.16 確定選題2011.2.212011.2.27 查閱相關(guān)文獻(xiàn)2011.2.282011.3.13 研讀相關(guān)文獻(xiàn)，確定研究目標(biāo)、研究內(nèi)容和方法2011.3.142011.4.23 撰寫開題報(bào)告，研讀文獻(xiàn)，準(zhǔn)備撰寫畢業(yè)論文2011.4.242011.6.1 撰寫、修改、完成畢業(yè)論文、準(zhǔn)備答辯 六、實(shí)驗(yàn)方案的可行性納米TiO2 是一種環(huán)保型多相半導(dǎo)體光催化劑， 對一些毒性大、生物難降解的有機(jī)污染物。目前，納米TiO2主要用于中低濃度廢水處理、小空間空氣凈化、材料表面自清潔、重金屬回收、固體廢物處理等領(lǐng)域。同時，關(guān)于T

7、iO2用于廢水處理的研究很多，所以，綜述TiO2等優(yōu)點(diǎn)用于廢水處理資料翔實(shí)，所以方案可行性較好。七、參考文獻(xiàn)1 閆鵬飛，周德瑞，王建強(qiáng)，等 水熱法制備摻雜鐵離子的TiO2納米粒子及其光催化反應(yīng)研究J. 高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報(bào)，2002，23（12）: 231723212 孔令仁，陳曦，楊曦. 附著態(tài)半導(dǎo)體光催化劑降解可溶性染料的研究J. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，1996，16（4）:406411.3 王彥紅，王德松，李雪艷，羅青枝，岳建霞. 溶膠- 凝膠法制備納米TiO2 及其光催化活性的研究J. 河北科技大學(xué)學(xué)報(bào)， 2007，28（3）：202- 2054 Janus M.，Inagaki M.，Tryba

8、 B. et al. Carbon- modified TiO2 photocatalyst by ethanol carbonization J. Applied Catalysis B : Environmental，2006（63）: 272- 276.5 Wang Baiqi，Jing Ligiang，Qu Yichun et al. Enhancement of thephotocatalytic activity of TiO2 nanoparticles by surface- caping DBSgroups J. Applied Surface Science，2006（25

9、2）: 2817- 2825.6程滄滄，肖忠海. UV / TiO2- Fenton 試劑系統(tǒng)處理制藥廢水的研究J. 環(huán)境科學(xué)研究，2001，14（2）：33- 35.7 倪星元、沈軍、張志華，納米材料的理化特性與應(yīng)用M.北京：化學(xué)工業(yè)出版，2006.18 張澤江, 張碩生, 馮良榮, 等. 納米材料在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用與發(fā)展 J. 四川環(huán)境, 2004, 23( 2): 4- 5.9 A. W . Arno ld, e t aL. Pa thwaysandK inetiesOfddm inated e thy lene and h lo rinatedace ty lenereationw i

10、thFepa rtic les J. Env iron. Sc.i TechnO1, 2000, 34( 9): 1794- 1801.選題是否合適： 是 否 課題能否實(shí)現(xiàn)： 能 不能指導(dǎo)小組組長（簽字） 年 月 日選題是否合適： 是 否 課題能否實(shí)現(xiàn)： 能 不能指導(dǎo)小組組長（簽字） 年 月 日注：本表不夠可增加空白頁。納米二氧化鈦在廢水處理中的研究摘 要納米主要用TiO2主要用于中低濃度廢水處理、小空間空氣凈化料表面自清潔、重金屬回收固體廢物處理等領(lǐng)域，與傳統(tǒng)除污工藝相比，具有無毒、安全、穩(wěn)定性好、催化活性高、見效快、能耗低、可重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)，納米TiO2 是近年來半導(dǎo)體材料用于環(huán)保領(lǐng)域中研

11、究最多，最具發(fā)展前景的高新技術(shù)材料之一。本論文介紹了納米TiO2 的光催化機(jī)理, 討論了其在廢水處理中的不足之處以及近年來的改進(jìn)手段。概述了光催化技術(shù)在處理含油廢水、含藥廢水、 印染廢水、造紙廢水、 含氮有機(jī)廢水、氯代有機(jī)廢水、含酚廢水等方面的最新應(yīng)用研究進(jìn)展, 指出了其在廢水處理中還存在陽光效率低、回收再利用困難、 降解效率有限等問題及今后的研究趨勢。關(guān)鍵詞：納米TiO2 光催化 廢水處理ABSTRACTNano-TiO2 is mainly used in low concentrations is mainly used for wastewater treatment, the sur

12、face of a small space self-cleaning air purification materials, heavy metals and other areas of recycling solid waste disposal, decontamination techniques with the traditional, compared with non-toxic, safe, good stability, catalytic activity high, quick, low energy consumption, can be re- used, nan

13、o-TiO2for environmental protection in recent years the field of semiconductor ma- terials, the most studied, the most promising high-tech materials. Photocatalytic mechanism of nanometer TiO2 and its disadvantages in waste water treatment as well as improvement methods in recent years were discus se

14、d. The latest application of nanometer TiO2 photocatalytic technology to the degradation of pesticide waste water dyeing and printing waste waters, papermaking waste water and waste water with surfactant, petroleum, heavy metals were reviewed. At last existing problems were pointed out, such as low

15、utilization efficiency of sunlight, difficulties in recycles, and limits in removal efficiency, as well as further study trends.Key words: Nanometer TiO2 photocatalysis waste water treatment目 錄一 前言11.1 納米TiO2 光催化反應(yīng)的原理11.2 納米TiO2光催化在水處理方面的應(yīng)用2二 納米 TiO2 光催化處理廢水的不足與改進(jìn)32.1 陽光利用率低32.2 回收再利用困難32.3 降解效率有限32

16、.3.1 與電場結(jié)合32.3.2 與磁場結(jié)合32.3.3 與氧化結(jié)合42.3.4 與多種工藝相結(jié)合 4三 納米 TiO2 光催化在廢水處理中的應(yīng)用53.1 含油廢水處理53.2 藥物廢水處理53.3 印染廢水處理53.4 造紙廢水處理53.5 含氮有機(jī)廢水處理53.6 氯代有機(jī)廢水處理63.7 含酚廢水處理 6四 納米 TiO2 在廢水處理中的改性研究74.1 金屬摻雜74.2 非金屬摻雜74.3 其他摻雜8五 結(jié)束語9參考文獻(xiàn)10一 前言納米材料又稱為超微顆粒材料, 納米材料是納米科技發(fā)展的重要基礎(chǔ), 是納米科技最為重要的研究領(lǐng)域。納米材料由納米粒子組成, 結(jié)晶粒度為納米級( 1-100 n

17、m)的多晶材料, 即三維空間尺寸至少有一維處于納米量級。納米粒子也叫超微顆粒,一般是指尺寸在1- 100 nm 間的粒子, 是處在原子簇和宏觀物體交界的過渡區(qū)域, 其結(jié)構(gòu)既不同于體塊材料, 也不同于單個原子。納米材料一般分為: 納米顆粒、納米薄膜(多層膜和顆粒膜)和納米固體。納米量級的材料因其物質(zhì)顆粒接近原子大小,此時量子效應(yīng)開始影響到物質(zhì)的性能和結(jié)構(gòu), 使其具有表面與界面效應(yīng)、體積(小尺寸)效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng), 從而在機(jī)械性能、磁、光、電、熱等方面納米材料與傳統(tǒng)材料有很大的不同, 具有輻射、吸收、催化、吸附及二元協(xié)同性等許多新特性。采用全新的納米技術(shù)把這些材料應(yīng)用與各個領(lǐng)域

18、, 尤其是應(yīng)用于水處理領(lǐng)域, 保護(hù)環(huán)境, 促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展。隨著現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)的迅猛發(fā)展,產(chǎn)生了大量污染物,大部分以廢水的形式排放到環(huán)境中去。多年來,研究人員采用了包括生物處理、化學(xué)處理、 熱處理等方法應(yīng)用于廢水處理中, 但目前這些方法都存在著局限性,而且處理費(fèi)用太高。20 世紀(jì)70 年代以來,出現(xiàn)了一種新型的污水處理技術(shù)光催化, 以其催化活性高、穩(wěn)定性好、 對人體無毒、價格低廉等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn), 日益受到重視。二氧化鈦( TiO2 ) 光催化技術(shù)也是近年來國內(nèi)外最活躍的研究領(lǐng)域之一。1.1 納米TiO2 光催化反應(yīng)的原理納米TiO2有3 種不同的晶型：銳鈦型、金紅石型和板鈦型，不同晶型有不同的特性。

19、不同的晶型可以相互轉(zhuǎn)化，一般情況下，板鈦型在650轉(zhuǎn)變?yōu)殇J鈦型，銳鈦型在915 轉(zhuǎn)變?yōu)榻鸺t石型。轉(zhuǎn)變溫度和TiO2 顆粒大小、含雜質(zhì)以及制備方法有關(guān)。顆粒越小，轉(zhuǎn)變溫度越低，銳鈦型納米TiO2 向金紅石型轉(zhuǎn)變的溫度不大于600 。銳鈦礦相TiO2 對氧的吸附能力較強(qiáng)，具有很高的催化活性；而金紅石相對氧的吸附能力較差，比表面積較小，因而光生電子和空穴容易復(fù)合，光催化性能受到一定的影響。因此，作為光催化劑使用時，銳鈦礦相TiO2較金紅石相TiO2 具有更高的催化效率。納米TiO2 是一種N 型半導(dǎo)體材料，禁帶寬度較寬，其中銳鈦型為3.2eV，金紅石型為3.0eV，當(dāng)它吸收了波長小于或等于387.5

20、 nm 的光子后，價帶中電子就會被激發(fā)到導(dǎo)帶，形成帶負(fù)電的高活性電子e-，同時在價帶上產(chǎn)生帶正電的空穴h+。吸附在TiO2 表面的氧俘獲電子形成O2，而空穴則將吸附在TiO2 表面的OH和H2O2 氧化成具有強(qiáng)氧化性的OH，反應(yīng)生成的原子氧、氫氧自由基都有很強(qiáng)的化學(xué)活性，氧化降解大多數(shù)有機(jī)污染物。同時空穴本身也可奪取吸附在半導(dǎo)體表面的有機(jī)物質(zhì)中的電子，使原本不吸光的物質(zhì)被直接氧化分解。這兩種氧化方式可能單獨(dú)起作用，也可能同時起作用。原子氧、氫氧自由基和空穴還能和細(xì)菌內(nèi)的有機(jī)物反應(yīng)，生成CO2、H2O 和一些簡單的無機(jī)物，從而殺死細(xì)菌，消除油污。半導(dǎo)體表面的高活性電子具有很強(qiáng)的還原能力，電子受體

21、可直接接受光生電子而被還原，所以可以用來除去環(huán)境中的一些特定污染物，例如銅離子。另外光子效率和激發(fā)態(tài)電子、空穴到達(dá)表面的時間有關(guān)，納米TiO2 作為光催化劑，其粒徑越小，電子和空穴到達(dá)反應(yīng)表面的數(shù)量越多，光催化效率越高。1.2 納米TiO2光催化在水處理方面的應(yīng)用光催化氧化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于降解速度快降解無選擇性，幾乎能降解任何有機(jī)物氧化反應(yīng)條件溫和，投資少，能耗低，用紫外光照射或暴露在陽光下即可發(fā)生催化氧化反應(yīng)，無二次污染，有機(jī)物徹底被氧化降解為和必應(yīng)用范圍廣，幾乎所有的污水都可以采用。尤其是近年來高效率的光催化劑、納米粒負(fù)載和金屬摻雜、光電結(jié)合的催化方法以及太陽能技術(shù)的研究開發(fā)，使光催化氧化法

22、應(yīng)用于水處理領(lǐng)域有良好的前景。二納米TiO2光催化處理廢水的不足與改進(jìn)2.1 陽光利用率低由光催化機(jī)理可知,納米TiO2對光波的吸收閾值小于387.5 nm, 對太陽光的利用率不高?？梢姽獾牟ㄩL在380-780 nm之間, 納米TiO2 光催化利用的僅為紫外光( 380-420 nm) 中的極少部分波長。材料表面的光生電子和光生空穴易復(fù)合, 造成較低的光量子效率和較慢的反應(yīng)速率等問題, 同樣影響了納米TiO2 光催化在處理廢水的應(yīng)用。近年來對納米TiO2表面進(jìn)行處理,在提高其光催化性能方面進(jìn)行了大量的研究, 主要集中在表面沉積貴金屬、與半導(dǎo)體材料復(fù)合以及摻雜過渡金屬或稀土金屬。貴金屬沉積在納米

23、TiO2 表面作為光生電子的接收器,可促進(jìn)復(fù)合系統(tǒng)界面的載流子輸運(yùn), 使光生電子e-在金屬表面積累, 而空穴h+則留在TiO2 表面。能級的持平則使電子從TiO2 向貴金屬流動, 構(gòu)成微電池,有利于光生電子和空穴的分離,從而提高其在處理廢水中的光催化反應(yīng)速率。貴金屬的沉積方法對TiO2 光催化活性的影響也是至關(guān)重要的,常用的方法有溶膠-凝膠法、 光化學(xué)沉積法、電子束蒸發(fā)法、 超聲化學(xué)法和磁控濺射法。2.2 回收再利用困難我國的鈦資源較為豐富, 但將納米TiO2大規(guī)模應(yīng)用于廢水處理的并不多,這主要是由于光催化多采用懸浮分散法, TiO2的微小顆粒易流失, 處理后與水分離較困難等。最簡單的解決辦法

24、是采用半透膜等隔離方法進(jìn)行光催化降解, 使納米TiO2 不與溶液混雜,減少懸浮顆粒因回收困難而造成催化劑的浪費(fèi),而且也便于回收再利用, 但該工藝受到半透膜對廢水中污染物的通量制約, 應(yīng)用并不廣泛。采用好的載體對納米TiO2 進(jìn)行固化處理是解決該問題的研究熱點(diǎn)。大部分實(shí)驗(yàn)都集中在多孔材料上。利用其比表面積巨大的特點(diǎn), 可以充分分散納米TiO2實(shí)現(xiàn)固載, 同時多孔材料也是良好的吸附劑,有利用吸附廢水中的有害物質(zhì),增加催化劑與污染物的接觸,增大光降解速率。近幾年來,主要研究的固化載體有多孔礦物,如膨潤土、 沸石、硅藻土、 蛇紋石、 凹凸棒石、珍珠巖等;其他多孔材料, 如活性炭、 分子篩、陶瓷、 碳納

25、米管等;還有負(fù)載在SiO2、玻纖以及不銹鋼上的研究。2.3 降解效率有限廢水種類繁多,納米TiO2 光催化并不是對所有廢水都有較高的降解效果, 尤其是對高濃度、高色度的廢水降解效率低下。與其他處理手段相結(jié)合的復(fù)合工藝能彌補(bǔ)納米TiO2 光催化處理某些廢水的不足。2.3.1 與電場結(jié)合光電催化法能將水中有害物質(zhì)完全礦化, 通過控制條件還可將其分解為有用成分,這是其他方法難以比擬的。同時外加電場可以在光電極內(nèi)部產(chǎn)生一個電位梯度,光生電子在電場的作用下遷移到對電極,使載流子得以分離,有利于充分發(fā)揮光生空穴的氧化作用,提高納米TiO2對廢水的光催化反應(yīng)效率,發(fā)揮光電協(xié)同作用。2.3.2 與磁場結(jié)合磁場

26、作為一種物理場, 能夠?qū)λ奈锢砘瘜W(xué)性質(zhì)產(chǎn)生一定的影響, 使水的吸光系數(shù)在400 nm 以下和大于600 nm 的范圍有顯著增加,從而增加可見光的利用率,提高納米TiO2 光催化效率。2.3.3與氧化結(jié)合一方面利用氧化劑( 如臭氧、 H2O2) 直接氧化廢水中的有機(jī)物, 另一方面,用這些氧化劑做電子受體可以明顯提高納米TiO2光催化效率。2.3.4與多種工藝相結(jié)合針對某些特殊廢水, 還可以采用更多處理工藝相結(jié)合,得到深度降解的目的。如:絮凝-光催化-氧化法、光催化-氧化-生物法、光催化-電-氧化結(jié)合法等。三納米TiO2光催化在廢水處理中的應(yīng)用3.1 含油廢水含油廢水主要是由油田開采、煉油或事故

27、泄漏等產(chǎn)生的。在油氣田開采過程中,隨著開發(fā)時間的延長,采出原油的含水率不斷上升,我國油田每年大約有3000 萬噸此類污水外排。處理這種污水的關(guān)鍵是消除存在于油水界面膜的天然表面活性劑, 這樣油滴就可以發(fā)生重排、凝聚、 析出。納米TiO2 光催化劑粒子很容易進(jìn)入并存在于界面層, 光照射時發(fā)生催化反應(yīng), 可清除廢水中的石油污染物。煉油廠廢水含高濃度的酚、硫化物、 硫醇、 環(huán)烷酸等物質(zhì), 較油田廢水還難以處理。通常要采用復(fù)合工藝, 如UV/ TiO2/H2O2 聯(lián)合進(jìn)行降解才能取得較好的效果。3.2 藥物廢水藥物廢水主要是指藥物生產(chǎn)以及使用后產(chǎn)生的廢水。有機(jī)磷農(nóng)藥是世界上生產(chǎn)和使用得最多的農(nóng)藥品種,

28、其廢水毒性大, 具有生物積累性, 且難以降解。采用納米TiO2 薄膜與紫外光對百草枯進(jìn)行光催化分解, 15 h 后百草枯的轉(zhuǎn)化率約為100%。時僅采用納米TiO2 光催化, 降解效果并不理想, 可采用復(fù)合型催化劑。如TiO2/AC 復(fù)合型光催化劑經(jīng)10次使用后, 對敵敵畏的降解率仍然保持在 86%以上。復(fù)合工藝對處理大量的制藥廢水效果明顯, 如吸附-凝-外光催化氧化法處理利福平廢水, 其Coder和色度去除率分別可達(dá)97%和98%。納米TiO2光催化與超聲聯(lián)合降解甲基對硫磷農(nóng)藥, 50min 時的降解率即可達(dá)到95%以上。,靠雨水沖刷進(jìn)入土壤中形成的廢水較難集中處理, 可將納米TiO2 預(yù)先復(fù)

29、農(nóng)藥一般在室外噴灑合進(jìn)農(nóng)藥制劑中, 毒力還能明顯提高, 且在太陽光照下自行降解,在農(nóng)作物體內(nèi)的殘留期大大縮短,同時避免形成含農(nóng)藥的廢水, 起到治本的功效。3.3 印染廢水目前國內(nèi)外處理印染廢水多以生化法為主,輔以化學(xué)法, 但運(yùn)行成本高,且處理效果并不佳。而采用納米TiO2與氙弧光燈處理偶氮染料酸性橙, 光照25h 后COD 降為0。印染廢水里面難降解的染料種類繁多, 有時單靠納米TiO2 光催化降解效果也不是很理想,通常要與其他處理工藝相結(jié)合:與吸附分離相結(jié)合,利用如活性炭脫色同時光催化,在太陽光照射 2h 后,染料活性艷紅X-B 的脫色率達(dá)96.6% ,其特征峰可徹底消失, 也可以采用其他便

30、宜的大比表面礦物如凹凸棒石、膨潤土等復(fù)合工藝。還可以與電極相結(jié)合、與膜分離相結(jié)合、 與氧化法相結(jié)合等,最終可達(dá)到我國現(xiàn)行規(guī)定的工業(yè)廢水排放標(biāo)準(zhǔn)。3.4 造紙廢水造紙廢水成分復(fù)雜, 含有苯酚、 氯代酚類、鹵代烴類等難降解的有機(jī)污染物, 且 COD 濃度高、色度大。常規(guī)的混凝法、生化法和酸析法等都存在不足之處。僅采用納米TiO2光催化降解效果也很有限。通常需要采用聯(lián)合工藝才能達(dá)到較好的效果。如采用吸附-催化聯(lián)合處理高 Coder的造紙廢水, 去除率可達(dá)88.6%。光催化 H2O2 氧化法處理堿法草漿紙廠廢水, Coder去除率可達(dá)96%以上,處理后廢水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。3.5 含氮有機(jī)廢水處理含氮有機(jī)

31、廢水主要是含氮染料廢水. 王成國等以納米TiO2 光催化法處理酞菁類染料廢水,可將染料分子逐步降為無機(jī)小分子. 李耀中等采用流化床光催化氧化處理系統(tǒng), 處理難降解偶氮染料4BS 和高分子化學(xué)漿料CMC 配制的模擬印染廢水,光照 74 min, 色度去除率可超過 80%; 光照150 min, COD 去除率可超過 70% ,達(dá)到了較好的光催化效果.研究發(fā)現(xiàn),用TiO2/ SiO2 復(fù)合半導(dǎo)體能迅速降解R- 6G 染料,它既能有效破壞染料中的發(fā)色基團(tuán), 也能破壞芳香基團(tuán), 能達(dá)到完全降解的目的.采用納米TiO2 光催化技術(shù)降解研究的染料還有活性黃X6G、 活性紅X3B、活性藍(lán) XBR、 堿性綠、

32、堿性紫、 堿性品紅等,都取得了顯著的效果。3.6 氯代有機(jī)廢水處理氯酚(CP)化合物被廣泛應(yīng)用于木材防腐、金屬防銹及殺蟲劑等，其毒性大、易累積，是一種生物難降解有機(jī)污染物。劉香玲等以P25納米TiO2作為光催化劑，在紫外光照射下，研究目標(biāo)化合物鄰氯苯酚 (OCP)、對氯苯酚(PCP)及2，4-二氯苯酚(DCP)的降解特性，結(jié)果表明OCP、PCP及DCP分別在pH 6.0、4.2、5.0酸度條件下降解效果最好，并分別降解240 min、270 min、160 min后礦化率達(dá)到100。3.7 處理含酚廢水在工業(yè)廢水處理中含酚廢水是比較典型的可生化性不好，難降解的有機(jī)廢水，以鄰硝基酚、鄰氨基酚和對

33、苯二酚三種酚類物質(zhì)為代表進(jìn)行 TiO2 光催化降解取得了較好的處理效果毛紹春等人研究了UV/Fenton/TiO2 催化作用下對含酚廢水的處理情況，在設(shè)定的條件下， COD去除率95%，氨氮去除率90%。四. 納米 TiO2 在廢水處理中的改性研究TiO2 半導(dǎo)體光催化劑在實(shí)際應(yīng)用中存在關(guān)鍵的技術(shù)難題,制約著其大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。首先是太陽能的利用率較低，直接用太陽光作為光源的光催化降解有機(jī)污染物的效率很低，要大規(guī)模地處理凈化水或擴(kuò)大采光面積以增加光強(qiáng)度，或采用人工紫外光源，這無論對設(shè)計(jì)、制造及運(yùn)行成本等方面都是極大的難題。因此，從應(yīng)用的角度，擴(kuò)展半導(dǎo)體光催化的響應(yīng)光譜范圍，使其在可見光區(qū)有較高的

34、光催化活性已成為目前 TiO2 光催化最具挑戰(zhàn)性的課題；其次是 TiO2 量子效率低，難以用來處理數(shù)量大、濃度高的廢水。為了提高 TiO2 光催化活性和對光的利用率，縮短催化劑的禁帶寬度使吸收光譜向可見光擴(kuò)展，是提高太陽能利用率的技術(shù)關(guān)鍵。研究人員通過對 TiO2 表面貴金屬沉積、離子摻雜等手段，引入雜質(zhì)使得 TiO2 晶體表面產(chǎn)生缺陷，抑制 TiO2 光生電子-空穴的復(fù)合，增加 TiO2 表面活性中心的數(shù)量，以提高 TiO2 光催化活性。4.1 金屬摻雜半導(dǎo)體表面貴金屬沉積被認(rèn)為是一種可以捕獲激發(fā)電子的有效改性方法，其中Pt 最為常用。在催化劑表面擔(dān)載Pt 等貴金屬相當(dāng)于在TiO2 表面構(gòu)成

35、一個以TiO2及惰性金屬為電極的短路微電池，TiO2 電極所產(chǎn)生的h+將液相中的有機(jī)物氧化。而e- 則流向金屬電極，將液相中氧化態(tài)組分還原，從而降低e- 和h+ 的復(fù)合率，提高了催化劑的反應(yīng)活性23。包華輝等用微波多元醇方法制備了TiO2 納米管負(fù)載的Ag、Au、Pt 納米粒子，在可見光區(qū)Ag/TiO2 和Au/TiO2 納米管都比純TiO2 納米管的吸收大。Kazuliro 等在NaNO2 水溶液中用波長大于200 nm 的紫外線（UV）照射質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%的Pt/TiO2 懸浮液產(chǎn)生H2 和O2。吳樹新等利用浸漬法制備了經(jīng)Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu 六種過渡金屬離子摻雜改性的Ti

36、O2，其研究表明，過渡金屬離子的摻雜量有一個最佳值，在最佳摻雜量下，催化劑光催化性能的增幅與對應(yīng)金屬氧化物的生成焓值大小即表面吸附氧的活潑性有很好的一致性，還發(fā)現(xiàn)光催化性能與過渡金屬離子穩(wěn)定氧化態(tài)的電子親和勢、離子半徑的比值呈現(xiàn)火山型曲線。錢東等考查了通過溶膠凝膠法用稀土金屬離子摻雜TiO2 納米顆粒的光催化劑。結(jié)果表明，分別用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的La3+、Y3+、Eu3+ 摻雜的TiO2 納米顆粒在降解甲基橙溶液反應(yīng)中，其光催化活性提高了2%-7%。劉崎等應(yīng)用冷凍干燥技術(shù)，采用溶膠- 凝膠法制備了同時摻雜鐵鑭（Fe- La）、鐵錫（Fe- Sn）的納米TiO2 粉體材料，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，同時摻雜F

37、e- La、Fe- Sn 的納米TiO2 粉體粒度均勻，屬銳鈦礦型，粒徑為60-70 nm，比表面積約為36-45 m2/g。當(dāng)Fe 和La 的最佳摻雜量分別為0.05%、0.02 %（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時，納米TiO2 粉體的光催化性能最好。4.2 非金屬摻雜Yuan 等以TiCl4 為前驅(qū)物，用高特殊表面直接加熱尿素和TiO2 混合物制備了N/TiO2 試樣。兩者存在方式都有助于對可見光的響應(yīng)，取代N 的試樣在可見光下對水分解產(chǎn)生高數(shù)量H2，這一光催化活性論證了N/TiO2的相變化，是從銳鈦礦向金紅石轉(zhuǎn)化。m（尿素）/m（TiO2）為3 的混合物在600下鍛燒制備的N/TiO2試樣，光催化分解水時

38、產(chǎn)生的H2 最多。Janus 等通過乙醇碳化作用制備了用C 摻雜的不同型號的TiO2，并在UV 和人造太陽光照射下考查了C/TiO2 對氧化苯酚水溶液的光催化活性。結(jié)果表明，在UV 照射下，C/TiO2 光催化活性隨C 含量的增加而降低，但在可見光照射下穩(wěn)定。4.3 其它摻雜Wang 等通過溶膠- 熱水方法用鈦酸四丁酯和十二烷基苯磺酸鈉（DBS）為原料，合成了DBS 修飾的TiO2納米粒子。結(jié)果顯示，在pH 值為5.0、m（ DBS）/m（ TiO2） 為2%條件下，TiO2 表面能被DBS 基很好的修飾，在DBS 基和TiO2 表面之間的連接主要是通過類似于磺酸鹽類的結(jié)合物。Fabbri 等

39、研究了TiO2 在溴化十六碳烷基三甲銨（HTAB） 的懸浮液中光催化降解苯酚、2，5- 二氯苯酚和2，4，5- 三氯苯酚的效果。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，化合物容易在表面活性劑改性半導(dǎo)體粒子上吸附，且能被更快地降解；但是在高雙親分子濃度溶液中吸附的表面活性劑結(jié)構(gòu)和膠束聚集趨于有目標(biāo)限制的動力效果，至于在降解過程中影響表面活性劑效果需更進(jìn)一步的研究。五. 結(jié)束語納米TiO2 作為一種新型的無機(jī)材料, 可應(yīng)用在環(huán)保的各個領(lǐng)域. 利用TiO2 光催化作用原理還可降解水中無機(jī)污染物, 將污水中汞、鉛、鉻及氧化物等降解為無毒物質(zhì); 可制成防污、自潔的化纖、陶瓷、玻璃、涂料等材料, 以實(shí)現(xiàn)對污染空氣的凈化及各個領(lǐng)域中的抗

40、菌. 由于納米TiO2 吸收紫外線, 因此可應(yīng)用于防曬霜、防曬摩絲等化妝品中; 可制造出防紫外線涂料, 用于涂覆隱形飛機(jī)、隱形軍艦及其他需要電磁波屏蔽的場所. 利用其光電傳輸特性, 可制成納米晶電池, 實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換. 總之, 隨著納米技術(shù)及光催化科學(xué)的不斷發(fā)展, 納米TiO2 在綠色環(huán)保方面有巨大的應(yīng)用潛力.納米TiO2光催化作為一種新型的水污染控制技術(shù),以其優(yōu)異的光催化性能,成為目前開發(fā)研究的重點(diǎn)之一,但大多數(shù)還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。為了實(shí)現(xiàn)其大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用,并早日服務(wù)于環(huán)境治理的各個領(lǐng)域, 要解決的問題包括: 納米TiO2 的改性制備高效率的催化劑, 選擇合適的載體實(shí)現(xiàn)其固化,研制低耗、高

41、效、多功能、集成式實(shí)用的光催化反應(yīng)器等。隨著納米TiO2 的應(yīng)用研究不斷深入開展,納米TiO2光催化技術(shù)必將在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)保等領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用。參考文獻(xiàn)1 閆鵬飛，周德瑞，王建強(qiáng)，等 水熱法制備摻雜鐵離子的TiO2納米粒子及其光催化反應(yīng)研究J. 高等學(xué)校化學(xué)學(xué)報(bào)，2002，23（12）: 231723212 孔令仁，陳曦，楊曦. 附著態(tài)半導(dǎo)體光催化劑降解可溶性染料的研究J. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，1996，16（4）:406411.3 王彥紅，王德松，李雪艷，羅青枝，岳建霞. 溶膠- 凝膠法制備納米TiO2 及其光催化活性的研究J. 河北科技大學(xué)學(xué)報(bào)， 2007，28（3）：202- 205

42、4 Janus M.，Inagaki M.，Tryba B. et al. Carbon- modified TiO2 photocatalyst by ethanol carbonization J. Applied Catalysis B : Environmental，2006（63）: 272- 276.5 Wang Baiqi，Jing Ligiang，Qu Yichun et al. Enhancement of thephotocatalytic activity of TiO2 nanoparticles by surface- caping DBSgroups J. Applied Surface Science，2006（252）: 2817- 2825.6程滄滄，肖忠海. UV / TiO2- Fenton 試劑系統(tǒng)處理制藥廢水的研究J. 環(huán)境科學(xué)研究，2001，14（2）：33- 35.7 倪星元、沈軍、張志華，納米材料的理化特性與應(yīng)用M.北京：化學(xué)工業(yè)出版，2006.18 張澤江, 張碩生, 馮良榮, 等. 納米材料在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用與發(fā)展 J. 四川環(huán)境, 2004, 23( 2): 4- 5.9 A. W . Arno ld, e t aL. Pa thwaysandK inetiesOfddm inated e thy lene and h