二氧化钛在废水处理中的应用

汪金晶

中图分类号：G4 文献标识码：A 文章编号：1673-5811（2013）03-0182-01

摘要：介绍了近年来光催化剂Ti02在不同类型水处理中的应用成果及现状。从Ti02光催化反应机理、在水处理方面的应用，指出Ti02可见光催化技术的独特之处，最后对Ti02可见光催化技术的研究趋势进行展望。

关键词：二氧化钛 纳米材料 光催化 废水处理

1.引言

Frank S N[1]等于1977年率先将半导体材料用做催化剂，光解污染物并取得了突破性的进展。至此以来，以半导体为催化剂的光催化氧化处理方法受到包括环境在内的各领域广泛关注，并运用到废水处理中，展开了大量的研究。二氧化钛光催化技术是一种新兴的，具有清洁、无二次污染和工艺简单等优点的节能高效现代废水处理技术，目前这项技术在进一步研究完善中，尚未走出实验室得到广泛的应用。

2.二氧化钛光催化反应原理

Ti02的带隙能为3.2 eV，相当于波长为387.5nm光子的能量，当Ti02受到波长小于387.5nm的紫外光照射时，处于价带的电子就会被激发到导带上去，从而分别在价带和导带上产生高活性的光生空穴和光生电子[2]。光生电子和光生空穴都有很高的能量，远远高出一般有机污染物的分子链的强度，可以轻易将有机污染物分解成原始的状态。同时光生空穴还能与空气中的水分子反应，产生羟自由基（-OH），亦可分解有机污染物并且杀灭细菌、病毒。

3.二氧化钛在废水处理中的应用

3.1 处理造纸废水

造纸废水是最难处理的有有机工业废水之一，它具有成分复杂、废水产生量大、对环境污染严重的特点。解恒参[3]等利用溶胶一凝胶法制备了二氧化钛粉体，并对其进行了表征，最后将其应用于光催化氧化处理纸厂废水，在Ti02 0.01g、H2O2（30%）的量与废水的体积比为2%、pH值为4.0用500W的紫外光照射9 h以上时，COD的去除率可达94%，出水CODcr=200 mg/L以下，满足国家造纸污水排放标准（CODcr<400mg/L.GB3544—2001），浊度和色度的去除率分别为97%和98%。

3.2 处理甲醛废水

甲醛废水产生于树脂的生产过程中，如脲醛树脂、酚醛树脂等，当前我国每年约产生65000t，并且呈逐年增加的趋势。传统处理甲醛废水的工艺都是基于吸附法、缩合沉淀法等，但处理效果都有十分局限。近年来，以半导体为催化剂的光催化氧化法成为最引人注目的废水处理方法之一。该法具有氧化能力强、降解彻底、无二次污染等优点，通过对催化剂的改性，还可以利用太阳能。

王玉军[4]等用二氧化钛作催化剂，对较低浓度甲醛废水进行了光催化氧化处理试验。研究了催化剂用量、溶液pH、甲醛初始浓度及外加氧化剂等因素对光催化氧化的影响。试验结果表明，增加催化剂用量可以显著增加反应速度，提高降解效率；增强溶液的酸性和碱性都可以加快甲醛的降解速度，且碱性条件更加有利；在试验浓度范围内，甲醛的起始浓度对其降解反应基本没有影响；外加氧化剂双氧水可以在没有紫外光条件下，很快将甲醛氧化。

3.3 处理石油废水

在石油开采运输和使用过程中，大量废弃的石油类物质对水体及陆地环境造成严重污染，油轮海难造成的海洋污染更是令人触目惊心。陈爱平等[5]用膨胀珍珠岩为载体担载纳米二氧化钛用于水面浮油光催化降解时发现，较大的珍珠岩颗粒既可以吸附浮油，又不会完全被油包覆而影响受光激励。经约7h的太阳光照射，癸烷浮油的降解率在96%以上。

3.4 处理染料废水

全球每年染料消耗量巨大，其中很大部分混入污水中，这类废水色泽深、碱度高、臭味大，大多含有苯环、胺基、偶氮基团等致癌物质，对人类生命健康和生态环境造成巨大无威胁。由于其生物降解性低，常用的生物化学法降解效率低。李志林[6]等采用自制混晶Ti02纳米材料为光催化剂，研究了pH、光催化反应时间、Ti02纳米材料用量及晶型、光源等因素对活性大红BES模拟印染废水和实际印染废水的处理效果。结果表明，在对30mL活性大红BES模拟印染废水，在溶液pH为4、催化剂添加量为0.090g时，紫外灯照射1h，COD去除率可达86%。对30mL实际印染废水，在溶液pH为9、催化剂添加量为0.15g时，紫外灯照射1h，COD去除率可达57%。

4.结束语与展望

Ti02光催化氧化技术是一种节约能源、环境友好的水处理技术。它既可单独使用，也可联合其他水处理技术应用。适用于混合废水及给水的处理，这种水处理新技术具有应用潜力。然而由于普遍存在效率低、费用高、装置复杂等问题，限制了该技术在实际水处理中的应用与推广。Ti02光催化氧化技术的研究热点主要聚焦在以下几个方面：

（1）开发高效催化剂；

（2）提高Ti02对可见光或太阳光的利用；

（3）探索催化剂用量、废水初始浓度、pH、光照强度及光源类型、温度等因素的影响；

（4）光催化与超声波、电、微波和生物技术等多种水处理技术联合应用。

参考文献：

[1]罗一菁，张忠智，赵树英，等.聚合物驱采油污水处理研究进展[N].石油化工高等学校学报，2003，16（1）：9-13。

[2]苑宝玲，王洪杰.水处理新技术原理与应用[M].北京：化学工业出版社，2006.

[3]解恒参，朱亦仁，李爱梅，等.二氧化钛粉体在纸厂废水处理中的应用[J].感光科学与光化学，2006，24（4）：312-314.

[4]王玉军.光催化氧化法处理甲醛废水的研究[J].化工环保，2003，23（6）：311-313.

[5]陈爱平，卢冠忠，杨阳，等.TiO2/膨胀珍珠岩漂浮光催化剂的成膜和浮油降解机理[N].华东理工大学学报，2004，30（1）：57-60，77.

[6]李志林，乔淑静，范亚维.混晶纳米TiO2光催化剂处理印染废水的研究[J].化学与生物工程，2008，25（2）：54-56.