纳米TiO2光催化技术及其在环境污染治理中的应用探讨

王耀彬 徐德福 廖晨曦

摘要：本文概括分析了纳米TiO2的光催化科学技术基本概念及其作用机理，并从水体污染、土壤污染及气体污染这些方面入手，深入研究了纳米TiO2的光催化科学技术在当前环境污染综合治理领域当中实践应用。从而能够进一步了解与把握纳米TiO2的光催化科学技术，将其更好地运用至环境污染综合治理领域当中，凸显纳米TiO2的光催化科学技术应用优势，维护自然环境。

关键词：纳米;TiO2;光催化;技术;环境污染;治理;应用

中图分类号：X505 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2019）04-0-01

Abstract： This paper summarizes the basic concepts and mechanism of photocatalytic science and technology of nano-TiO2， and starts from the aspects of water pollution， soil pollution and gas pollution， and deeply studies the photocatalysis science and technology of nano-TiO2 in the current comprehensive treatment of environmental pollution. Practical applications in the field. Therefore， it is possible to further understand and grasp the photocatalytic science and technology of nano-TiO2， and apply it better to the field of comprehensive environmental pollution control， highlighting the application advantages of photocatalytic science and technology of nano-TiO2 and maintaining the natural environment.

Key words： Nanometer; TiO2; Photocatalysis; Technology; Environmental pollution; Treatment; Application

為了能够更好地凸显出纳米TiO2的光催化科学技术应用优势，提升其对于环境污染的综合治理效果，本文主要围绕着纳米TiO2的光催化科学技术及其在当前环境污染综合治理当中的实践经验，进行综合分析，望能够为今后相关专家及学者对这一方面的深入研究提供有价值的参考或者依据。

1 技术概述

纳米TiO2的光催化科学技术，又通常被称之为光触媒科学技术，主要是把附着于有效介质当中纳米颗粒，借助于特定的光源照射，与其周边的空气、水中氧产生作用之后所形成的一种较强的氧化及还原力电子空穴的科学技术。技术原理：借助半导体的光催化剂，处于一定波长光线照射条件下受激形成高能的电荷、空穴及电子等，空穴分解其催化剂的表面吸附水形成氢氧的自由基，电子致使周围氧逐渐还原成为活性的离子氧，氧化的还原作用相对较强，将其吸附于催化剂的表面，对空气产生净化作用。纳米光的催化剂所形成的该量子效应，具有着区别于体相光的催化剂理想性质，比如其有着较大比表的面积、光学性质极为特殊、光催化的活性较强等。可以说，该项科学技术实际应用范围相对较为广泛，能够广泛应用于抗菌、污水及空气治理当中。当前，在环境综合治理当中应用最多的为纳米Zn O、纳米TiO2。TiO2具有较强光催化的活性，且有着低成本及耐光腐蚀等技术优势，对人体并不会产生毒副作用，是当前实践研究及应用当中单一性质化合物的光催化剂，在水体、大气及土壤等各种环境污染综合治理领域当中均有着极大的技术优势，应用效果较为突出。

2 实践应用

2.1 在水体污染治理方面

水体污染，大部分来自人们日常生活、种植业、养殖业、工业等所形成的废水。水体的污染物主要包含着农药、杀虫剂、抗生素及染料等种类。工业废水逐渐渗透至地下水当中，造成地下水被污染，倘若周边居民引用了被污染的地下水，则会严重威胁到生命安全。在工业废水当中，大部分都含有着有毒有害的物质，会残留于人体，伤害到人体。纳米TiO2的光催化科学技术，针对于工业废水综合治理期间，能够将纳米TiO2作为一种光催化剂，处于可见光的照射条件下，所有水溶性的偶氮染料就会形成光催化的降解反应。光源为紫外线光，TiO2作为一种光催化剂，这都能于活性艳红、活性艳蓝、活性黄等各种工业染料光催化的降解效果均较为显著。药物污水，主要指的是药物生产与使用后期所形成的一种污水，比如当前生产及使用量最大的有机磷，该农药所形成的废水具有较大毒性，生物的积累性相对较强，降解难度系数相对较大。通过纳米TiO2的光催化科学技术，借助纳米TiO2的粉体及薄膜等，处于紫外光的照射状态下，能够对四环素及百草枯等药物光催化降解。伴随石油工业突飞猛进地发展，大量石油逐渐流入至海洋当中，对于海岸及水体环境会造成极为严重的污染问题。那么，针对这些不溶于水体，并在水面上漂浮着有机污染物及油类物质等，可借助纳米TiO2的光催化科学技术，借助太阳能及人工光源，来处理低含油的采油污水，经过25h光照之后污水当中油质实际去除率一般可达99%左右。

2.2 在土壤污染治理方面

因化学工业呈规模化地生产发展，会使用大量农药及化肥，工业污水、养殖业及种植业的污水等逐渐渗入到土壤当中，致使我国的土壤环境遭受到严重的污染。而伴随着土壤污染问题逐渐恶化，会直接影响到土壤当中所有植物正常的生长，也会威胁到陆地上的生物与人类的生命安全。经过大量试验研究发现，借助纳米TiO2的光催化科学技术，能够将土壤对于污染物自身吸附力，再通过搅拌能够处于紫外线照射环境下，提升土壤及纳米颗粒自身受辐射的几率，降解率相对较高。此外，纳米TiO2的光催化科学技术对于DDT、毒死蜱等这些污染土壤，能够起到光催化的降解修复作用，治理效果较为显著。那么，土壤污染经过降解修复期间，除需利用可见光外，技术员需要尤为注意降解过程中间产物的有无毒性，以便于能够充分发挥纳米TiO2的光催化科学技术优势，提升土壤污染整体的治理效果。

2.3 在气体污染治理方面

通过大量实践研究发现，各种气相的有机类污染物均借助纳米TiO2的光催化科学技术得到快速地分解处理，主要包含着杂原子、硫醇、芳烃、酮、醇、脂肪烃等。那么，针对室内的空气污染综合治理当中，通常是以苯系及甲醛的污染物为主。甲醛，属于无色、刺激气味较为浓烈的有毒性气体，是人工纤维、塑料、油漆及树脂等最为主要的制备原材料。一旦人体误吸入甲醛，则极易诱发呼吸困难、昏厥等危险症状。纳米TiO2的光催化科学技术，能够对甲醛起到光催化的降解作用，作用机理为：把吸附于催化剂的表面空气当中微量水、氧气等，分别被空穴、光生电子等氧化或还原成OH、O2，为甲醛深度的氧化处理提供高活性氧化剂。甲醛借助HCOOH中间产物逐渐被氧化成 H2O、CO2。苯系的污染物主要指的是二甲苯、甲苯及苯，属于黄色透明或无色的液体，气味芳香，易燃且有毒、易于挥发，通常存在于粘合剂、油漆、涂料等当中。苯系的污染物，会危害到人体造血功能，甚至会增加癌症病发几率。纳米TiO2的光催化科学技术对于苯系的污染物降解作用机理为：羟基的自由基、空穴等与苯发生反应逐渐形成羟基环戊二烯的自由基，而后生成苯醌或苯酚，逐渐开环氧化成为 H2O、CO2。当前，各种产品形式纳米TiO2的光催化剂被广泛应用在环境污染综合治理当中，如纳米的光催化剂类涂料、窗帘等，今后还会深入開发及研究出实际应用的一种光催化类产品。

3 结语

综上所述，通过上述分析论述后我们对于纳米TiO2的光催化科学技术及其在当前环境污染综合治理领域当中的实践应用，均有了进一步地认识和了解。但是，伴随着环境污染问题的日益复杂化，对于各项治理技术的要求也逐渐提升。为了能够更好地借助纳米TiO2的光催化科学技术开展环境污染的综合治理专项工作，还需要相关技术员及专家积极投身于实践探索当中，多积累实践经验，不断优化及改进纳米TiO2的光催化科学技术，确保其能够在今后环境污染的综合治理专项工作中发挥其应用的技术作用。

参考文献

[1]张龙瑞.纳米光催化技术在处理室内空气污染中的应用[J].现代制造技术与装备，2013（4）：41-42.

[2]赵卓凡.纳米二氧化钛光催化剂在环境污染治理中的应用[J].科技创新与应用，2016（27）：182-183.

[3]傅深娜，吴明珠，刘克建.纳米TiO_2光催化降解环境中有机污染物研究进展[J].化工新型材料，2014（11）：232-234.

[4]吕鲲，张庆竹.纳米二氧化钛光催化技术与大气污染治理[J].中国环境科学，2018.

收稿日期：2019-01-02

作者简介：王耀彬（1997-），男，汉族，本科在读，研究方向为环境工程。