納米TiO2光催化技術(shù)及其在環(huán)境污染治理中的應(yīng)用探討

王耀彬 徐德福 廖晨曦

摘要：本文概括分析了納米TiO2的光催化科學(xué)技術(shù)基本概念及其作用機(jī)理，并從水體污染、土壤污染及氣體污染這些方面入手，深入研究了納米TiO2的光催化科學(xué)技術(shù)在當(dāng)前環(huán)境污染綜合治理領(lǐng)域當(dāng)中實(shí)踐應(yīng)用。從而能夠進(jìn)一步了解與把握納米TiO2的光催化科學(xué)技術(shù)，將其更好地運(yùn)用至環(huán)境污染綜合治理領(lǐng)域當(dāng)中，凸顯納米TiO2的光催化科學(xué)技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢，維護(hù)自然環(huán)境。

關(guān)鍵詞：納米;TiO2;光催化;技術(shù);環(huán)境污染;治理;應(yīng)用

中圖分類號：X505 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：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

為了能夠更好地凸顯出納米TiO2的光催化科學(xué)技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢，提升其對于環(huán)境污染的綜合治理效果，本文主要圍繞著納米TiO2的光催化科學(xué)技術(shù)及其在當(dāng)前環(huán)境污染綜合治理當(dāng)中的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行綜合分析，望能夠?yàn)榻窈笙嚓P(guān)專家及學(xué)者對這一方面的深入研究提供有價(jià)值的參考或者依據(jù)。

1 技術(shù)概述

納米TiO2的光催化科學(xué)技術(shù)，又通常被稱之為光觸媒科學(xué)技術(shù)，主要是把附著于有效介質(zhì)當(dāng)中納米顆粒，借助于特定的光源照射，與其周邊的空氣、水中氧產(chǎn)生作用之后所形成的一種較強(qiáng)的氧化及還原力電子空穴的科學(xué)技術(shù)。技術(shù)原理：借助半導(dǎo)體的光催化劑，處于一定波長光線照射條件下受激形成高能的電荷、空穴及電子等，空穴分解其催化劑的表面吸附水形成氫氧的自由基，電子致使周圍氧逐漸還原成為活性的離子氧，氧化的還原作用相對較強(qiáng)，將其吸附于催化劑的表面，對空氣產(chǎn)生凈化作用。納米光的催化劑所形成的該量子效應(yīng)，具有著區(qū)別于體相光的催化劑理想性質(zhì)，比如其有著較大比表的面積、光學(xué)性質(zhì)極為特殊、光催化的活性較強(qiáng)等?？梢哉f，該項(xiàng)科學(xué)技術(shù)實(shí)際應(yīng)用范圍相對較為廣泛，能夠廣泛應(yīng)用于抗菌、污水及空氣治理當(dāng)中。當(dāng)前，在環(huán)境綜合治理當(dāng)中應(yīng)用最多的為納米Zn O、納米TiO2。TiO2具有較強(qiáng)光催化的活性，且有著低成本及耐光腐蝕等技術(shù)優(yōu)勢，對人體并不會產(chǎn)生毒副作用，是當(dāng)前實(shí)踐研究及應(yīng)用當(dāng)中單一性質(zhì)化合物的光催化劑，在水體、大氣及土壤等各種環(huán)境污染綜合治理領(lǐng)域當(dāng)中均有著極大的技術(shù)優(yōu)勢，應(yīng)用效果較為突出。

2 實(shí)踐應(yīng)用

2.1 在水體污染治理方面

水體污染，大部分來自人們?nèi)粘Ｉ?、種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、工業(yè)等所形成的廢水。水體的污染物主要包含著農(nóng)藥、殺蟲劑、抗生素及染料等種類。工業(yè)廢水逐漸滲透至地下水當(dāng)中，造成地下水被污染，倘若周邊居民引用了被污染的地下水，則會嚴(yán)重威脅到生命安全。在工業(yè)廢水當(dāng)中，大部分都含有著有毒有害的物質(zhì)，會殘留于人體，傷害到人體。納米TiO2的光催化科學(xué)技術(shù)，針對于工業(yè)廢水綜合治理期間，能夠?qū)⒓{米TiO2作為一種光催化劑，處于可見光的照射條件下，所有水溶性的偶氮染料就會形成光催化的降解反應(yīng)。光源為紫外線光，TiO2作為一種光催化劑，這都能于活性艷紅、活性艷藍(lán)、活性黃等各種工業(yè)染料光催化的降解效果均較為顯著。藥物污水，主要指的是藥物生產(chǎn)與使用后期所形成的一種污水，比如當(dāng)前生產(chǎn)及使用量最大的有機(jī)磷，該農(nóng)藥所形成的廢水具有較大毒性，生物的積累性相對較強(qiáng)，降解難度系數(shù)相對較大。通過納米TiO2的光催化科學(xué)技術(shù)，借助納米TiO2的粉體及薄膜等，處于紫外光的照射狀態(tài)下，能夠?qū)λ沫h(huán)素及百草枯等藥物光催化降解。伴隨石油工業(yè)突飛猛進(jìn)地發(fā)展，大量石油逐漸流入至海洋當(dāng)中，對于海岸及水體環(huán)境會造成極為嚴(yán)重的污染問題。那么，針對這些不溶于水體，并在水面上漂浮著有機(jī)污染物及油類物質(zhì)等，可借助納米TiO2的光催化科學(xué)技術(shù)，借助太陽能及人工光源，來處理低含油的采油污水，經(jīng)過25h光照之后污水當(dāng)中油質(zhì)實(shí)際去除率一般可達(dá)99%左右。

2.2 在土壤污染治理方面

因化學(xué)工業(yè)呈規(guī)模化地生產(chǎn)發(fā)展，會使用大量農(nóng)藥及化肥，工業(yè)污水、養(yǎng)殖業(yè)及種植業(yè)的污水等逐漸滲入到土壤當(dāng)中，致使我國的土壤環(huán)境遭受到嚴(yán)重的污染。而伴隨著土壤污染問題逐漸惡化，會直接影響到土壤當(dāng)中所有植物正常的生長，也會威脅到陸地上的生物與人類的生命安全。經(jīng)過大量試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，借助納米TiO2的光催化科學(xué)技術(shù)，能夠?qū)⑼寥缹τ谖廴疚镒陨砦搅?，再通過攪拌能夠處于紫外線照射環(huán)境下，提升土壤及納米顆粒自身受輻射的幾率，降解率相對較高。此外，納米TiO2的光催化科學(xué)技術(shù)對于DDT、毒死蜱等這些污染土壤，能夠起到光催化的降解修復(fù)作用，治理效果較為顯著。那么，土壤污染經(jīng)過降解修復(fù)期間，除需利用可見光外，技術(shù)員需要尤為注意降解過程中間產(chǎn)物的有無毒性，以便于能夠充分發(fā)揮納米TiO2的光催化科學(xué)技術(shù)優(yōu)勢，提升土壤污染整體的治理效果。

2.3 在氣體污染治理方面

通過大量實(shí)踐研究發(fā)現(xiàn)，各種氣相的有機(jī)類污染物均借助納米TiO2的光催化科學(xué)技術(shù)得到快速地分解處理，主要包含著雜原子、硫醇、芳烴、酮、醇、脂肪烴等。那么，針對室內(nèi)的空氣污染綜合治理當(dāng)中，通常是以苯系及甲醛的污染物為主。甲醛，屬于無色、刺激氣味較為濃烈的有毒性氣體，是人工纖維、塑料、油漆及樹脂等最為主要的制備原材料。一旦人體誤吸入甲醛，則極易誘發(fā)呼吸困難、昏厥等危險(xiǎn)癥狀。納米TiO2的光催化科學(xué)技術(shù)，能夠?qū)兹┢鸬焦獯呋慕到庾饔茫饔脵C(jī)理為：把吸附于催化劑的表面空氣當(dāng)中微量水、氧氣等，分別被空穴、光生電子等氧化或還原成OH、O2，為甲醛深度的氧化處理提供高活性氧化劑。甲醛借助HCOOH中間產(chǎn)物逐漸被氧化成 H2O、CO2。苯系的污染物主要指的是二甲苯、甲苯及苯，屬于黃色透明或無色的液體，氣味芳香，易燃且有毒、易于揮發(fā)，通常存在于粘合劑、油漆、涂料等當(dāng)中。苯系的污染物，會危害到人體造血功能，甚至?xí)黾影┌Y病發(fā)幾率。納米TiO2的光催化科學(xué)技術(shù)對于苯系的污染物降解作用機(jī)理為：羥基的自由基、空穴等與苯發(fā)生反應(yīng)逐漸形成羥基環(huán)戊二烯的自由基，而后生成苯醌或苯酚，逐漸開環(huán)氧化成為 H2O、CO2。當(dāng)前，各種產(chǎn)品形式納米TiO2的光催化劑被廣泛應(yīng)用在環(huán)境污染綜合治理當(dāng)中，如納米的光催化劑類涂料、窗簾等，今后還會深入開發(fā)及研究出實(shí)際應(yīng)用的一種光催化類產(chǎn)品。

3 結(jié)語

綜上所述，通過上述分析論述后我們對于納米TiO2的光催化科學(xué)技術(shù)及其在當(dāng)前環(huán)境污染綜合治理領(lǐng)域當(dāng)中的實(shí)踐應(yīng)用，均有了進(jìn)一步地認(rèn)識和了解。但是，伴隨著環(huán)境污染問題的日益復(fù)雜化，對于各項(xiàng)治理技術(shù)的要求也逐漸提升。為了能夠更好地借助納米TiO2的光催化科學(xué)技術(shù)開展環(huán)境污染的綜合治理專項(xiàng)工作，還需要相關(guān)技術(shù)員及專家積極投身于實(shí)踐探索當(dāng)中，多積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，不斷優(yōu)化及改進(jìn)納米TiO2的光催化科學(xué)技術(shù)，確保其能夠在今后環(huán)境污染的綜合治理專項(xiàng)工作中發(fā)揮其應(yīng)用的技術(shù)作用。

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收稿日期：2019-01-02

作者簡介：王耀彬（1997-），男，漢族，本科在讀，研究方向?yàn)榄h(huán)境工程。