光催化反應(yīng)在環(huán)保中的應(yīng)用現(xiàn)狀
2.2.1 降解有機(jī)廢水
有機(jī)廢水對(duì)環(huán)境的影響最為嚴(yán)重,例如:染料廢水、農(nóng)藥、鹵代有機(jī)物、表面活性劑等,其特點(diǎn)是普通的方法難以降解,在環(huán)境停留的時(shí)間長(zhǎng)。最近幾年, 研究光催化反應(yīng)降解有機(jī)廢水的報(bào)道很多。它們都可以用光催化劑在有條件的光照下逐步分解為CO2、H2O 與簡(jiǎn)單的有機(jī)物等。李耀中等 通過光催化降解三類難降解的有機(jī)工業(yè)廢水(印染廢水、制藥廢水、農(nóng)藥廢水) , 取得了較好的效果。多數(shù)實(shí)驗(yàn)條件下150 min 后三類廢水的COD率大于70 % ,BOD5/ COD 值提高到0. 4 以上。張新榮等用附載光催化的方法降解有機(jī)磷農(nóng)藥, 敵百蟲的降解率達(dá)80 %。Hidaka 等對(duì)表面活性劑的降解做了系統(tǒng)的研究。實(shí)驗(yàn)表明,含苯環(huán)的表面活性劑比僅含烷基或氧烷基的更容易降解實(shí)現(xiàn)無機(jī)化,直鏈部分降解比較慢。降解無機(jī)污染物光催化反應(yīng)也能還原無機(jī)污染物中的有毒離子。在1977 年就有關(guān)于處理Cr2O72 -離子水溶液的報(bào)道。用光照將Cr2O72 -還原為Cr3 +。和降解有機(jī)污染物相同,降解無機(jī)物可以用下式來表示:Inorginic pollutants + O2 CO2 + H2O+ Mineral acids + 其他無害物質(zhì)Bhakta 等研究了TiO2 等光催化劑將CN -氧化為OCN - ,然后進(jìn)一步氧化為CO2、N2、NO3-的過程。光催化劑通過光催化反應(yīng)還可以使多種有害氣體分解為無害氣體,比如對(duì)汽車、摩托車等尾氣的NOx 和工廠排放的SO2 都有很好的降解率, 而本身卻在反應(yīng)中不消耗。其他除以上光催化降解有機(jī)和無機(jī)污染物外, 光催化材料具有的超親水性能, 使其表面不能與油污等牢固結(jié)合,故其表面有防塵、防污、防霧、易干等功能。在陶瓷表面鍍有一層光催化材料,在紫外燈或太陽(yáng)光的照射下產(chǎn)生催化作用, 可以分解有機(jī)物和除臭等功能,從而達(dá)到潔凈的效果。日本的TOTO 公司已經(jīng)在世界上首次開發(fā)出自潔建筑衛(wèi)生陶瓷。另外,光催化材料的氧化作用可以殺死細(xì)菌, 其原理一般認(rèn)為光催化產(chǎn)生的空穴和形成于表面的氧離子表面態(tài)能與細(xì)菌組織進(jìn)行生化反應(yīng),導(dǎo)致細(xì)菌的死亡。光催化材料制備的衛(wèi)生陶瓷表面在室內(nèi)熒光燈照射下, 1 h 之內(nèi)可以殺死99 %附著的細(xì)菌, 因此光催化衛(wèi)生陶瓷有很好的應(yīng)用前景。
3、光催化材料的發(fā)展方向和應(yīng)用前景
從目前的情況來看, 光催化氧化技術(shù)具有很好的應(yīng)用前景和巨大的發(fā)展?jié)摿?。但是由于該方法是近十幾年才發(fā)展起來的, 許多方面的研究還不是很成熟, 故大量的研究只是停留在實(shí)驗(yàn)室階段。其中西方和日本的起步較早,我國(guó)是最近幾年才開始重視和開展關(guān)于光催化氧化反應(yīng)的工作。光催化材料的研究趨勢(shì)主要集中在以下幾個(gè)方面:
3.1 TiO2 和鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的材料已經(jīng)受到人們?cè)絹碓蕉嗟闹匾?。由于其成本?催化活性好,有利于工業(yè)化大生產(chǎn), 未來幾年對(duì)光催化材料的研究主要集中于此。
3.2 目前的研究都是用汞燈等作為激發(fā)光源,由于其成本高等原因, 故很難實(shí)現(xiàn)光催化氧化反應(yīng)的工業(yè)化。利用新的光源-太陽(yáng)能是研究的關(guān)鍵。但是太陽(yáng)光中能用于光催化的紫外線能量只占全部能量的3 %～ 5 % ,如何加寬材料的吸光范圍從而更有效地利用太陽(yáng)能是今后研究的重點(diǎn)之一。
3.3 對(duì)光催化反應(yīng)加外場(chǎng)的研究是最近幾年才開始的, 比如光催化材料在電場(chǎng)、微波、超聲波的作用下光催化能力得到了很大的改善, 可以確信,關(guān)于外場(chǎng)的研究有很廣闊的應(yīng)用前景,并成為光催化氧化反應(yīng)產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵。
