污水處理用納米催化材料研究進展

秦翰林

（韓城市工業(yè)和信息化局，陜西 韓城 715400）

在污水處理環(huán)節(jié)中，研究人員不斷地對各種納米材料在實際應用中所具有的修復功能和作用環(huán)境等方面做了深度研究，為環(huán)保部門實際工作的開展奠定了良好的理論基礎，為提升污水治理水平提供了更多的技術支持。

1 納米催化材料的類型和制備方式

納米催化材料在實際應用過程中，由于材料本身結構與應用環(huán)境等方面的不同，可以將其分為碳納米材料、納米光催化材料、納米復合材料等。較之于傳統(tǒng)的吸附材料而言，納米材料在污水處理方面具有明顯的優(yōu)異性，但是由于其研究在整體上還處于前期階段，在生產(chǎn)成本、處理效果及穩(wěn)定性等方面還不具備明顯的優(yōu)勢，這也是目前相關研究工作開展的重心[1]。納米材料的制備方式主要有物理法和化學法兩種，物理法的具體形式又包括物理粉碎和真空冷凝兩種作用形式，化學法則包括水熱/溶劑熱合成法、沉淀法、浸漬煅燒法、密閉氧化法、氣相沉積法等[2-8]。

2 基于碳納米材料方面的研究

孔令迎[3]在其研究中，利用石墨烯和碳納米材料制備改性陽極，并將其應用于MFC（微生物燃料電池）中。結果看出，在碳納米材料應用水平不斷提升的背景下，不僅能夠提升污水處理的效果，還能夠基于污水處理過程利用微生物的催化作用，改變單純以污水處理為目標的方式，同步完成化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿倪^程，提升污水處理的經(jīng)濟效益和社會效益。趙菲菲[4]則通過實驗的開展，深入研究了光照作用基于石墨烯材料在水中的轉(zhuǎn)化和環(huán)境效應的影響，其研究內(nèi)容主要是對不同氧化程度的氧化石墨烯及其光化學轉(zhuǎn)化產(chǎn)物所具有的表面化學性質(zhì)和結構差異進行表征。在此基礎上，研究者對氧化石墨烯在轉(zhuǎn)化過程、毒性效應和遷移行為等方面進行了深入分析，并開展了部分對應的創(chuàng)新性研究，為提升碳納米材料的應用水平做出貢獻。

3 基于納米光催化材料方面的研究

光催化材料是納米催化材料用于污水處理時應用程度最深的基本材料之一，也是研究范圍較廣、研究較為深入的材料之一。一般情形下，光催化材料能夠通過附著于纖維表面而發(fā)生作用，但是在大多數(shù)材料的作用范圍內(nèi)，隨著其負載量的增加，整體催化性能會出現(xiàn)逐步增強至頂峰，隨后逐漸降低的現(xiàn)象。通過相應的實驗判定出最佳催化性能發(fā)生的臨界點，是大多數(shù)學者關注的重點，也是確保污水處理流程中取得最佳經(jīng)濟效益的臨界點。任保勝[5]以碳化植物纖維為載體，利用浸漬煅燒法和溶劑熱法來合成污水處理所需要的TiO2/CPF復合光催化劑，發(fā)現(xiàn)前一種實驗方法所生成的薄膜能夠更好的與纖維表面結合在一起，而后者所生成的顆粒則比較小，具有更好的分散性。同時，無論基于何種生產(chǎn)條件，在納米光催化材料投放量達到一定程度的情形下，納米材料之間會由于數(shù)量過多而相互接觸，進而導致整體比表面積下降，利用率降低。黃文藝[6]將納米ZnO粒子制備成多種不同的形狀，在相同實驗條件下測定不同形貌納米材料對焦炭廢水的處理效果，認為在片狀多孔狀態(tài)下，當催化材料加入量占廢水總質(zhì)量2%，降解時間控制在30 min左右的情形下，催化材料的吸附性能和處理效果都將處于最優(yōu)的狀態(tài)。

4 基于納米復合材料方面的研究

由于單一種類的催化材料在實際應用中難以達到較好的催化效果，并且在應用于不同種類的污水處理時，還要綜合考慮經(jīng)濟效益，因此利用納米復合材料來進行污水處理，是未來研究的重點方向。李澤雄[7]利用水熱法合成CoFe2O4和Ta2O5/CoFe2O4兩種光催化材料，并對制備材料進行形貌表征和活性測試，同時對復合材料應用中存在的問題進行分析，其問題主要存在于兩個方面：材料的制作周期過長，在降解過程中會有Co2+溶出，從而影響了最終的降解效果。此外，基于納米鐵復合材料的作用，能夠在污水處理方面起到良好的催化作用。王苗苗[8]重點研究了納米鐵復合材料對再生水中消毒副產(chǎn)物及其前驅(qū)物所具有的去除效能，并對該材料應用于市政二級出水中的實際效果進行了探討，在達到應用要求的基礎上，進一步將實驗材料應用在土壤和人工濕地環(huán)境中，研究了在相應環(huán)境下的作用效果。

5 結語

就目前我國應用于污水處理的納米材料的整體研究方面而言，理論研究水平與實際應用需求之間還存在較大的差距。根據(jù)中國知網(wǎng)相關數(shù)據(jù)查詢，我國學術界在相關方面的研究起始于2000年以后，前期研究內(nèi)容也多限定在二氧化鈦光催化材料相關的研究上，包括其材料制備、應用于醫(yī)院含菌污水及炸藥廠污水處理等方面。但是就整體上來說，在這方面研究的拓展及深入是在2010年之后。隨著近些年來國家在污水治理和環(huán)境保護等方面的重視力度不斷加大，關于這方面的理論研究也開始呈現(xiàn)出多點開花的景象。這些研究結論及其在實際生產(chǎn)中的應用，為我國污水處理水平的提升奠定了良好的基礎，但是由于污水本身來源較為復雜，一級處理控制水平較低，無法基于生產(chǎn)來源進行分別處理，也給納米催化材料的研究工作帶來了一定的困難。在未來的發(fā)展過程中，污水處理必將成為環(huán)境治理工作開展的重要組成部分。相關的控制處理措施也更加完善，這就要求相關學者在做好整體性研究的基礎上，不斷對研究內(nèi)容進行細化。針對不同納米催化材料的特性分析出其具體效果，為達成其應用的社會效益和經(jīng)濟效益奠定基礎。