光催化氧化治理環境污染的關鍵技術

　　在環境污染的光催化降解治理中，催化劑的選擇、光催化降解反應器的設計和對降解條件的優化是提高污染物光催化降解效率的關鍵技術。
　　1光催化氧化降解催化劑的選擇
　　目前關于催化劑的研究，基本上是涉及非均相的光催化氧化體系。半導體粒子是理想的光催化劑，其中TiO2(銳態型)又是目前公認的最的半導體催化劑，它的顯著優點是：能吸收太陽光譜中的弱紫外輻射部分；氧化還原性較強；在較大聲值范圍內的穩定性強；。但由于TiO2的禁帶寬度為3.2eV，只能吸收波長小于387nm的紫外輻射，因此其吸收光譜只占太陽光譜中很小的一部分，不能充分利用太陽能，另外，T1O2的光量子效率也有待進一步提高。有鑒于此，已從多種途徑進行了TiO2材料的改性研究，包括對TiO2進行鍛燒、表面貴金屬淀積、金屬離子摻雜、半導體的光敏化和復合半導體的研制等。摻雜特定金屬離子或光敏化均有可能使催化劑吸收波長延長至可見光范圍。若采用禁帶寬度較小的半導體與TiO2復合，則可能拓展催化劑吸收光譜范圍，如Fe203的禁帶寬度為2.2eV，其吸收波長可達563nm。近年來又發現納米級TiO2材料的催化于一般半導體材料，中孔分子篩材　　料由于具有大而規整的孔徑，能加快活性物的擴散，引起了研究者們的興趣。
在實際的污染治理中TiO2催化劑的存在形式主要有兩種：懸浮式和固定式。懸浮式是采取攪拌的方式使催化劑與污水充分混合，這樣能保持催化劑固有的活性，但又有以下不足：TiO2微小顆粒易流失，細小顆粒與廢水的分離緩慢又昂貴，懸浮粒子對光線的吸收阻擋影響了光的輻照。固定式是將TiO2等半導體材料噴涂在多孔玻璃、玻璃纖維、玻璃板或鋼絲網衛，使污水流過經固定化的催化劑，并與之作用，以這種形式存在的TiO2不易流失，但催化劑因固定而降低了活性且運行時需要提高進入反應器的水壓，催化劑還存在易淤塞和難的問題。此外，研究這類催化劑的存在狀態，使之、，是一項重要的課題。對于均相光催化劑體系，如何將均相變為非均相，選用哪種化合物與H2O2組合，以的降解效果、的吸收和利用太陽能，也在進一步深入研究中。

　　2光催化降解反應器的設計
　　設計與制造適宜的反應器，是進行規模太陽能光催化降解污染物的重要環節。根據各國經驗，反應器可分為聚光、不聚光兩種類型。
　　2.1聚光式反應器
　　在90年代初，開始用于實際污水處理的反應器主體為拋物槽鏡，將能透過紫外光線的玻璃管(如高硼硅玻璃管)置于槽鏡的焦線上，使催化劑TiO2粉末與污染水混合通過玻璃管時降解發生光化學反回聚光式反應器的突出優點是能使日光光強數十倍地增加，能取得很好的去污效果。但聚光式反應器價格昂貴，技術難度大，不能利用散射部分的光能，且污水處理量亦受到限制。
　　2.2非聚光式反應器
　　目前研究應用的非聚光式反應器主要有以下幾種形式：箱式、管式、平板式、凹陷膜式和淺太陽池式等。其中，淺太陽池式尤其適合于在需要進行工業廢水處理的場所建造。如果工業企業已經有用于微生物廢水處理的池式設施，那么淺太陽池可以在進行微生物處理前或處理后與之相連接，以便利用陽光通過光催化氧化進行廢水凈化，有利于光化學技術與生物技術相結合。如采用太陽光一固定床多相光催化氧化法與生物氧化法組合工藝對染料廢水處理，較好的色度及COD去除效果。
　　2.3污染物光催化降解條件的優化組合
　　為了優化光催化降解條件，提高污染治理效率，防止降解過程中產生污染物帶來的二次污染，需要研究物的光催化降解機理，確定反應各步驟的反應產物及反應速率常數，考察各種因素對物光催化降解速率的影響。
　　在考察物光催化降解速率時，各種環境污染指標如TOC(總碳),COD(化學需氧量),BOD(生化需氧量)的變化速率和CO2的釋放速率被用來表征物的降解速率。對不同條件下污染物光催化降解速率的研究發現，合適的催化劑投加量不僅能提高污染物的降解效率，而且能提高治理的經濟效益。輻照度越大，光催化降解效率越高，當輻照度小于一個太陽時，物的光催化降解速率與輻照度成正相關。適當提高溶解氧濃度能物的光降解，另外，溶液pH值也是影響光催化降解效率的重要因素。在光照條件下，針對濃度、類型的污染椒催化劑的最適濃度、最易降解的pH值范圍也不一樣。溶液中存在的無機離子大多對物的光催化降解起作用。因此，在污水的光催化降解治理中，應根據污水實際的物理化學狀況，優化降解條件。