催化剂在污水处理方面的应用

刘婷

摘 要：在水源贫乏的今天，通过对二氧化钛、氧化锌、三氧化二铁等光催化剂的研究，环保界开创了去除环境污染的新局面。从环境经济学，水源开发利用的外部性和循环经济学三方面来看，光催化剂都能减轻环境污染，与大自然和谐相处，经济效益明显，光催化剂具有良好应用前景。文章主要讲述了光催化剂在污水处理中的应用。

关键词：催化剂；污水处理；应用

随着社会和经济的快速发展，各种农业、工业及生活日常活动产生的大量废气废水废渣使环境日益恶化，怎样有效的保护和净化环境迫在眉睫。由于水是生命之源，是人类生存和发展的前提，在众多污染中，水污染的治理和相应治理污水的高科技技术的开发已经成为有待解决的热点问题。

一、简述污水处理中的光催化技术

随着城市人口的急剧增长和工业的飞速发展，大量的污水尤其是纺织业的有机废水没有经过妥善的处理就直接排入水体致使环境遭到严重的破坏。我国的水体污染程度近年来呈上升的趋势，传统的污水处理方法主要有物理化学方法，生物处理法等前者一般处理成本髙，后者一般对难降解有害有机物处理效率低。而且这些方法都不能将有机废物完全变为对环境无污染的物质。近些年，使用光催化剂来降解有机废物因其高效低耗能，无二次污染等优点成为研究热点。

光催化反应是光和物质之间相互作用的一种方式，是光反应和催化反应的融合，是在光和催化剂同时作用下发生的化学反应。光催化技术是20世纪80年代发展起来的新型水处理技术，即以某些半导体材料为催化剂，利用光催化法来降解环境污染物。

它们通过光辅助催化作用来破坏各种有机污染物，能将难降解的有机物最终氧化为二氧化碳、水，硫酸盐和硝酸等无机物导带上的电子具有适中的还原能力，能将水中的重金属离子还原为细小的金属晶体，这样既消除了废水的毒性也不会去除水中对人体有益的矿物质元素还可从工业废水中回收贵重金属；光催化还具有比紫外线更强的杀菌能力；同时，光催化材料还可用于处理固体废弃物，加速降解城市生活垃圾。光催化劑在污水中的应用主要有：有机废水的处理、化工废水的处理、染料废水的处理、农药废水的处理、含油废水的处理、造纸废水的处理、无机废水的处理、自来水的净化处理等。

二、光催化技术在污水处理中的应用

光催化氧化主要讲的是n型的半导体作为敏化剂比较特殊的光敏化氧化。一定波长的光照下n型半导体被激发，那么导带与满带上就会产生空穴与自由电子。其中空穴的电子能力非常强，能够取得半导体颗粒表面的有机物或者溶剂里面的电子，形成氧化能力非常强的最OH，能够使得溶液里面的有机污染物因为氧化而被分解。主要是二氧化钛与多金属酸盐（POM）两类体系的半导体有着广阔的前景。

（一）硫属化合物型半导体型的催化剂。半导体的粒子是比较好的光催化剂，二氧化钛有三种晶体结构，按照催化活性先后次序分：锐钛矿型、晶红石型、板钛矿型。二氧化钛禁带的宽度随着晶型的不同而不一样，锐钛矿型禁带的宽度一般为为3.2eV，金红石一般为3.0eV，与之对应的光谱的吸收阀值一般387nm 与413nm。在波长小于上述波长的光进行照射二氧化钛的时候，那么二氧化钛的体内就会激发出来自由电子，价带上就会留下空穴，产自由电子与空穴就会与其表面的氧气与水相互作用形成氧化性极强的OH，可以氧化分解污水中的许多种类的有机物，所形成的自由电子有着非常强的还原能力，能够还原金属离子，因此二氧化钛光催化技术在处理污水过程中有着非常好的光催化降解的效果。

（二）微孔纳米多金属氧酸盐光催化技术处理工业污水。多金属酸盐是没有任何毒副作用的催化剂，其对环境没有任何的污染。在用于光催化的过程中，不需要额外添加化学试剂，其反应的条件比较温和，并不耗费热能，是一种比较经济实用的处理污水的新技术。在常压、常温与中性条件下，这种光催化剂用近紫外或者可见光辐射待处理污水和催化剂的悬浮液，能够完全的降解污水中各种有机的污染物。

（三）光催化氧化的特点。用光催氧化法处理污水，可以处理污水中的烃与卤代有机物（主要包括卤代的脂肪烃、卤代的羧酸、卤代的芳香烃）表面的活性剂、羧酸、除草剂、含氮的有机物、染料、有机磷的杀虫剂等等这些有机物，还有氰离子与金属离子等等这些的无机物，都有很好的效果，能够到达完全的无机化。因此，半导体的光催化氧化技术是一种高级的氧化技术，和生物法与其他的高级氧化法相比较而言，有着非常明显的优势。并且光催化氧化的降解不仅仅能够用于处理污水中的有机污染，还能够还原那些高价重金属的离子，并且对环境的没有毒副作用。

三、光催化剂的经济效益

（一）使环境保护与经济发展相协调。从环境经济学方面来看，经济和环境是辩证关系，是相互制约和相互促进的。经济发展可以改善生态环境，好的环境也能推动经济发展。如果一味发展经济，空气，水资源，土地资源等都会遭到不同程度的破坏，不利于环境保护。如果一味的保护环境，禁止排放污水、废气等，许多工业也举步维艰，同时阻碍经济的发展。似乎经济发展和环境保护之间存在着矛盾，既要有经济效益，又想保护环境，好像难上加难。

（二）减轻外部效应。用水者却不负担自行排放污水引起的这部分成本即外部成本，导致私人成本小于社会成本。大多企业在生产活动中以污染的方式产生外部效应，其外部成本由社会承担，并不包括在企业的生产成本中，大大节省了私人成本。而光催化剂就是新技术、新材料、新工艺，无论在家庭还是企业，它都可以实现减量化，再利用，再循环，而且产物无毒无害。

四、结语

总之，我国作为一个贫水大国，水污染的日益严重加剧了水资源的供求矛盾，影响了工农业生产和发展，咀碍了人民生活水平的提高和社会稳定。解决水污染问题是当务之急，光催化剂应用极其广阔，可使很多难处理污染物矿化，同时利用载体吸附性能使低浓度的有害物质得以浓缩降解，随着光催化技术的不断深入，光催化剂处理污水的能力将越来越强，光催化剂作为新型环保净水产品也具有良好前景，具有十分重要的意义。

参考文献

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[2] 周民英，王连祥.光催化氧化处理难降解污水的应用前景[J].环境保护，2014，19（22）：76-78.