紫外光催化氧化在环境水质分析中的应用探究

俞淑红

[摘 要]本篇文章首先对紫外光催化氧化的机理进行概述，从紫外光源、紫外光消解器两方面，对紫外光催化氧化设备进行分析，并以紫外光照射下氧化剂的形成为依据，提出紫外光催化氧化在环境分析中的应用措施。希望通过本文的阐述，可以给相关领域提供些许的参考。

[关键词]环境监测；紫外光氧化；样品预处理；水质分析

中图分类号：X832 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）02-0101-01

引言

紫外光催化氧化法作为一种新型的水处理技术，它可以有效对有机物起到分解的效果。近几年来，紫外光催化氧化法被广泛的应用在水质的分析工作中，并且获得了较好的成果。

在开展环境水质分析工作时，需要对样品进行预处理，这样可以将样品中含有的有机物进行损坏，反之将会给测定组分带来影响。通常情况下，采用酸湿法来降低操作难度以及时间长等现象，但是其能给环境带来污染。利用紫外光催化氧化法来实现环境水样的消除，不仅可以全面清除水样中的有机物，同时还不会给水样造成污染，对测定以及环境保护提供了有利条件。

一.紫外光催化氧化的机理概述

紫外光催化氧化作为一项把紫外光辐射与氧化剂进行融合应用的方式。在紫外光的作用下，氧化剂会分解出大量的具备氧化功能的自由基，进而生成大量氧化剂不能分解的有机污染物。在紫外光和氧化剂相互影响下，导致光催化氧化不管是在氧化功能上，还是反应效率上，都要高于应用紫外线辐射或者氧化剂所产生的效果。紫外光催化氧化主要把催化剂当作紫外光吸收成分，进而生成电子空穴对，形成氧化活性基团[1]。其特性为在常温常压的环境下，就可以开展氧化实验，在不会给周围环境造成二次污染的同时，还能将大量无法或者降解系数高的有机污染物进行充分化解，并且设备简便，催化劑能够循环应用。

二.紫外光照射下氧化剂的形成

首先，激发态氧原子。当受到紫外线光照射之后，氧分子会从之前的基态逐渐转变为激发态，但是要想实现这一过程，需要满足具备光敏物质的条件。当光敏物质吸取大量太阳光之后，会将光能逐渐传送给氧分子，进而生成激发态氧。当激发态氧和水、有机物进行反应之后，便会生成氧化物以及自由基。其次，臭氧。在短紫外线照射条件下，氧分子逐渐转变为臭氧分子。在汞灯光照下，臭氧的产生主要依附于波长的影响。当处于黑暗或者室温条件下，臭氧将十分稳定，半衰期为15小时。当波长为520纳米时，在紫外光的辐射下，臭氧将快速分解，并且出现链反应，进而形成激发态氧分子。

三. 紫外光催化氧化设备

1.紫外光源

通常情况下，我们把汞灯作为人工紫外光源，并且将紫外辐射波长控制在45～390纳米的范畴内。在紫外光范畴中，汞谱线比较多。当汞原子由初始的激发态转换为基态时，会形成长度为245纳米的共振线。

2.紫外光消解器

紫外光消解器一共分为三种，第一种为把汞灯安置在反应器皿中，将反应器皿放置在并与中进行冷却处理，保证温度控制在低于28摄氏度，这与有机光化学合作原理相似。第二种为鉴于批量分析，将安置在核心位置的汞灯和均匀分布在其周围的Pyrex玻璃塞试管进行合成，并将消解器皿安寨在铝箔容器中，铝箔容器底部安置一台通风装置，由于空气冷却[2]。第三种为紫外光消解器皿适流解析体系，样品经过灯泡外端的旋转形状流入到反应器皿中。

四.紫外光催化氧化在环境分析中的应用

1.金属元素的测定

环境水样中含有大量的金属物质，并且在进行金属测定时，可以利用紫外光实现消解。但是消解条件需要受到被测物质类型、分析方式以及样品基体等因素影响。在进行金属测定时，消解一般在满足酸性条件下开展，这样可以防止出现沉淀现象。针对铬金属开展伏安法测定时，可以在中性环境中进行。但是需要保证样品全部消解，这主要是由于有机物会受到伏安测定的影响形成干扰。

2.氮和磷的测定

首先，氮的测定。在满足紫外光辐射以及氧气充足的情况下，含氮有机化合物以及和NH4+经过氧化反应之后形成硝酸盐，之后和芳香族化合物进行还原反应，形成亚硝酸盐。经过消解处理后，样品中含有的氮原子逐渐生成硝酸盐以及亚硝酸盐。而影响紫外光氧化速率的主要原因就是样品pH值。大多数有机氮化合物要想实现分解，pH值应该保持在8左右；如果是尿素分解，pH值应该保持在5左右。其次，磷的测定。在进行总磷测定过程中，一般需要在样品中添加一些H2O2或者是K2S2O8等氧化剂，同时也可以利用HCl或H2SO4进行酸化反应，进而提升消解质量[3]。

3.有机污染物的测定

第一，溶解有机碳测定。首先把紫外光照射应用在海水中溶解有机碳的氧化分解中。在选择汞灯时，应该选择两种型号的汞灯，分别是1200W以及380W。为了将碳进行充分氧化，照射时间分别设置为1小时和11小时。第二，化学需氧量测定。运用标准方式来实现化学需氧量的测定，由于样品分解需要消耗大量的时间，工作量多，并且无法实现批量分析。因此，人们通常采用流动注射分析的方式，但是还要运用原始加热方法。要想提升在线消解速率，可以应用停留技术，但又会造成分析实现延长以及采样效率小等现象。因此，在进行化学需氧量测定时，可以在光催化柱中添加一些TiO2微珠，这样可以加大有机物氧化的效率，对反应前后氧浓度改变情况进行检测，进而起到化学需氧量测定的效果。

结束语

总而言之，跟当前情况来看，紫外光催化氧化技术已经广泛的运用在国外环境水质分析工作中，并且获得了一定的成果，一部分测定方式也纳入到标准方式中。根据我国情况来所，紫外光催化氧化技术还没有全面运用到环境分析工作中，相关工作人员也没有对其有全面了解，就更不用说科研工作了。为了迎合环境监测发展需求，以及样品预处理要求，加大紫外光催化氧化技术在环境分析化学的应用力度具有现实意义。

参考文献

[1] 杜长明，李子明，仇荣亮，汤叶涛，刘育. 等离子体联合紫外光催化净化有机废气关键技术分析[J]. 环境工程学报，2016，（10）：5782-5790.

[2] 朱哲欣，叶美英. 光催化微反应器中水样光催化降解及Cd～（2+）在线检测[J]. 影像科学与光化学，2016，（05）：444-451.

[3] 冯丽，张新申，冷庚，李绍波，但德忠. 紫外光在线催化氧化快速测定高锰酸盐指数[J]. 分析化学，2012，（04）：630-633.