光催化技術(shù)在環(huán)境治理方面的應(yīng)用

楊榮

摘要：光催化技術(shù)是一項(xiàng)比較先進(jìn)的環(huán)境治理技術(shù)，其具有極大的應(yīng)用價值，是目前環(huán)保領(lǐng)域所研究的熱點(diǎn)話題。對光催化技術(shù)在環(huán)境治理方面的優(yōu)勢進(jìn)行研究，對有效解決當(dāng)今能源危機(jī)與環(huán)境污染具有非常重要的意義。本文就針對光催化技術(shù)在環(huán)境治理方面的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)的研究。

關(guān)鍵詞：光催化技術(shù)；環(huán)境治理；有機(jī)物

社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，給工業(yè)企業(yè)的發(fā)展帶來了更大的發(fā)展空間。但是隨著人們對自然資源的過渡采伐，自然資源的匱乏以及環(huán)境污染的問題日益嚴(yán)峻。目前，我們生活中常見的污染主要來自于工業(yè)生產(chǎn)中排放出來的廢水、廢料、廢氣等，它們會以各種不同的有機(jī)物形式存在于空氣中，由于其成分的復(fù)雜性，在對其進(jìn)行降解甚至去除時也就比較困難。傳統(tǒng)的技術(shù)，如吸附、氧化等雖然也能達(dá)到治理環(huán)境的目的，但是對能量的消耗比較大，導(dǎo)致最終的成本較高，并且后期處理方面比較麻煩。而光催化技術(shù)具有電子轉(zhuǎn)移、能量傳遞的優(yōu)勢，將其應(yīng)用在環(huán)境治理、節(jié)能減排等方面具有極好的效果。

1、光催化技術(shù)的應(yīng)用原理

光催化技術(shù)其是以光為能源進(jìn)行驅(qū)動的一種化學(xué)反應(yīng)，其中將材料內(nèi)光的物理過程與材料表面化學(xué)過程有效的結(jié)合在了一起。對于材料來說，當(dāng)其中光子會被處于材料內(nèi)部的基態(tài)電子所吸收，引發(fā)光生電子-空穴對。這種光生電子-空穴又會在材料內(nèi)部進(jìn)行轉(zhuǎn)移最終達(dá)到材料的表面，在特定的區(qū)域引發(fā)材料表面出現(xiàn)氧化還原反應(yīng)。在此過程中會產(chǎn)生一些中間活性物種，這些活性物種有著超強(qiáng)的氧化能力，其會對環(huán)境中的有機(jī)物進(jìn)行氧化降解。

目前，被研究的最多的是一種TiO2的半導(dǎo)體材料，本人就以其為例對光催化技術(shù)的應(yīng)用原理進(jìn)行簡單的闡述。TiO2屬于一種寬帶隙半導(dǎo)體材料，當(dāng)其吸收到外界的光能時，就會被激發(fā)，材料中的電子就會通過TiO2就會躍遷到其導(dǎo)帶上，產(chǎn)生出光生電子-空穴對，這些光生電子-空穴對隨后就會轉(zhuǎn)移到TiO2的表面上。由于空穴具有較強(qiáng)的氧化能力，廣生電子具有較強(qiáng)的還原性，當(dāng)其到達(dá)TiO2的表面后，就會迅速的參與到氧化還原反應(yīng)中（如下圖1所示）。

2、光催化技術(shù)在環(huán)境治理方面的具體應(yīng)用

2.1光催化技術(shù)在水污染物治理中的應(yīng)用

光催化技術(shù)在對有機(jī)污染物進(jìn)行降解的過程中，由于半導(dǎo)體材料在受到外界光源照射的情況下會產(chǎn)生多種自由基，這些自由基都具有較強(qiáng)的氧化活性，光催化技術(shù)正是利用了這些自由基對環(huán)境中存在的有機(jī)污染物進(jìn)行降解，最終生成了一種不會對環(huán)境造成任何污染的無毒毒害的無機(jī)物、二氧化碳和水。比如光催化劑TiO2、ZnO、Fe2O3、等半導(dǎo)體材料受到外界光源的照射后，其會被激發(fā)，在光生電子-空穴強(qiáng)氧化性的作用下會將存在于環(huán)境中的有機(jī)物進(jìn)行氧化分解，與此同時，在光生電子的強(qiáng)還原性作用下，將Au3+、Rh3+、Cr（VI）等高毒性的高價重金屬離子還原成低毒的低價離子。

采用光催化殺菌技術(shù)利用了殺菌速度的快，并且比較徹底，此種殺菌技術(shù)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后的產(chǎn)物也不會對環(huán)境造成二次污染，不但如此，其反應(yīng)中的部分物質(zhì)還具有較好的殺菌功效。正是由于具有此種特點(diǎn)，近年來在微生物領(lǐng)域受到了眾多學(xué)者的青睞。比如TiO2、ZnO等光催化劑會在外界光源的照射下，對存在于空氣中的鏈球菌、金黃色葡萄球菌等革蘭氏陽性菌的生成起到抑制，甚至殺死的作用，還會對存在于空氣中的沙門氏菌、大腸桿菌等革蘭氏陰性菌的生成起到抑制，甚至殺死的作用。除此以外，將其應(yīng)用在對飲用水的消毒殺菌中也能夠取得較好的效果，尤其將其應(yīng)用在醫(yī)院環(huán)境治理方面，能夠?yàn)獒t(yī)院提供更好的衛(wèi)生環(huán)境。有研究人員采用液相浸漬法合成了一種新的Ag/TiO2納米復(fù)合材料，此種材料在外界可見光源的照射下，僅在短短的30min內(nèi)，抑菌率就達(dá)到了100.00%。

2.3光催化技術(shù)在在空氣凈化方面的應(yīng)用

近些年來，隨著我國工業(yè)行業(yè)的迅速發(fā)展，環(huán)境污染的問題日益嚴(yán)峻。加上人們?nèi)粘Ｉ钪薪煌ㄟ\(yùn)輸、生產(chǎn)生活等各項(xiàng)活動所排放出來的廢氣量的增加，這些廢氣中大多都含有大量的有害物質(zhì)，如粉塵、氮氧化物、硫氧化物以及碳氧化物等，隨著其在空氣中含量的增加，最終超出了大自然中此種成分的標(biāo)準(zhǔn)含量，進(jìn)而對環(huán)境造成了污染。目前，市場上空氣凈化器的樣式多種多樣，但是其都是只能對室內(nèi)的空氣環(huán)境的污染情況進(jìn)行控制，但實(shí)際上這種凈化手段并不能將存在于空氣中的污染雜物徹底的清除出去，只是將其轉(zhuǎn)化成了另一種形式存在于空氣中。目前，有很多同領(lǐng)域的學(xué)者將在空氣凈化的設(shè)備中加入了光催化材料負(fù)載，設(shè)備不但更加容易操作，并且使用成本還比較低，大多都可以進(jìn)行重復(fù)的循環(huán)使用，其最重要的一個優(yōu)勢就是能夠?qū)⒋嬖谟诳諝庵械挠卸?、有害等成分進(jìn)行有效的去除。有研究人員在室內(nèi)油漆中融入了適量的TiO2，以此來去除存在于空氣中的NOx有毒成分，經(jīng)過大量的實(shí)踐結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在室內(nèi)油漆中加入適量的TiO2對去除空氣中的NOx等有毒成分有著非常好的效果，能夠有效達(dá)到凈化室內(nèi)空氣的目的。

3、光催化技術(shù)在環(huán)境治理中的展望

光催化技術(shù)理論方面的研究在不斷增多，這也極大的推動了光催化技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。目前，光催化技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用在了很多大型的凈化工程中，并且還有著極大的潛在優(yōu)勢以及市場前景。與前期的研究進(jìn)展相結(jié)合起來，此方面的研究工作者希望在新納米光催化材料的可控合成、空氣污染凈化以及實(shí)際應(yīng)用等方面取得更多的突破，其研究的結(jié)果也會在不遠(yuǎn)的將來表現(xiàn)出更重要的科學(xué)價值的應(yīng)用前景。在圍繞我國大氣污染特征的基礎(chǔ)上，建立自己的大氣污染控制新技術(shù)的研發(fā)、污染控制的技術(shù)評價體系，將納米光催化技術(shù)、納米纖維過濾、多種生物能源的混合利用技術(shù)、室內(nèi)污染檢測系統(tǒng)等多個方面的技術(shù)聯(lián)合起來進(jìn)行使用，建立一個空氣污染治理新技術(shù)的開放式發(fā)展平臺，通過此平臺對空氣清潔凈化技術(shù)、新材料、新裝備等進(jìn)行推廣和宣傳，進(jìn)而促進(jìn)空氣凈化產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展，以及社會經(jīng)濟(jì)的良性增長。

4、結(jié)束語

總之，隨著日益嚴(yán)峻的環(huán)境問題，人們也在尋找著更加環(huán)保的治理方案來解決環(huán)境污染的問題。光催化技術(shù)則是利用了太陽光能對存在于空氣中以及水中的有機(jī)污染物以及細(xì)菌進(jìn)行了有效的降解，其不但達(dá)到了凈化空氣，凈化水資源的目的，并且所生成的產(chǎn)物還不會對環(huán)境造成二次污染，成本比較低，操作起來比較簡單，還不會消耗較大的能量。將其應(yīng)用在工業(yè)廢水、廢氣等的處理中能夠取得較好的效果。所以，對光催化技術(shù)進(jìn)行深入的研究對做好環(huán)境治理工作，具有非常重要的意義。

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