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-太陽能是研究的關(guān)鍵。但是太陽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。
