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光催化技术在环保中的应用 摘要：光催化技术是处理环境中持久性有毒有机污染物的有效方法之一，该技术能够利用天然能源-太阳能作为激发源，且对许多有机及无机污染物有很好的降解作用，被广泛应用于环境保护方面。本文主要探讨了光催化技术在环境保护中的应用，希望能够为相关工作者提供思路和借鉴。 关键词：光催化技术；环境保护；应用 当今社会发展迅速，随之而来的能源短缺和环境污染问题愈演愈烈。为了解决日益凸显的环境问题，充分利用太阳能来缓解能源短缺危机，人们对光催化技术给予厚望。光催化技术因其反应条件温和、活性组分能量高、氧化反应彻底、工艺绿色环保而备受青睐，成为研究工作者的研究热点，目前主要应用于废水处理，空气净化，尾气处理等方面。 1光催化技术的光催化反应机理 光催化反应是利用洁净的光能和光催化剂同时作用下的一种化学反应。而半导体光催化剂由于其结构性能被广泛应用于光催化领域，半导体光催化材料具有不能叠加的能带结构，只有具有一个等于或大于禁带宽度能量的光照射到半导体时，才能激发价带上的电子（e-）跃迁至导带，使空穴（h+）在价带上产生，形成电子-空穴对。产生的电子空穴会向催化剂的表面发生迁移，与催化剂表面与吸附的反应物分别发生氧化还原反应，而在迁移过程中部分电子空穴对会在催化剂体内和表面发生复合，从而降低光催化反应效率。 因此光催化反应主要包括：1）光生电子和空穴对的产生；2）光生电子和空穴对的迁移和作用；3）光生电子空穴对的复合-体内复合和表面复合。为了降低电子和空穴对的复合率提高太阳能的利用率，研究者们已经提出各种方法，如：离子掺杂、贵金属负载、半导体复合等等，来提高太阳能的利用率。 2 光催化技术在废水处理中的应用 近年来，光催化应用技术研究迅速发展，该技术能够迅速的将有机污染物降解为小分子二氧化碳和水，以达到完全矿化之目的，该过程以清洁能源为能量来源，能耗低且无二次污染，是一种较为理想的废水处理技术。同时也可以利用光催化技术苯酚、多氯联苯、邻苯二酚等这些较为难降解的物质。 2.1染料废水处理中的应用 染料废水碱度高、包泽深、臭味大，并且未利用的染料分子随排放的废水进入水体，进而造成严重的环境污染，染料废水中有的还含许多致癌物质，如苯环、胺基、偶氮基团等，会对水生动植物造成严重的损害。研究表明常用的生物化学法对于水溶性染料的降解效率较低，半导体光催化处理技术为解决这一难题提供了一种行之有效的方法，并且取的了一定的成果，国内外多采用可重复使用的半导体光催化剂，以紫外光为激发光源，将有机染料分子降解为二氧化碳和水，大部分染料的去除率可高达90%以上。 2.2工业制药废水、医院污水处理中的应用 抗生素的广泛使用已经给环境造成了不容忽视的污染及危害。据报道，许多国家均在自然水体中检测到了抗生素的残留，污染源主要为工业制药废水、医院污水等。这些微量抗生素一旦进入水体中会严重毒害水生生物，同时还会刺激病原微生物产生抗药性，甚至通过食物链进入人体，从而对整个生态系统造成巨大影响。光催化技术在抗生素废水的处理中取得了较好的效果，目前有许多关于光催化降解抗生素的研究报道，降解的抗生素种类主要有四环素类、氟喹诺酮类、磺胺类、青霉素类、头孢类等。 2.3农药废水处理中的应用 农药废水中一般包括除草剂和杀虫剂残留物质，土壤中的农药残留随着雨水或灌溉水进入地下水或饮用水，其危害范围很广，由于在大气、土壤和水体中停留时间长，所以其分解去除备受人们的关注。研究表明利用光催化技术光催化降解敌敌畏，在短时间内就可以使敌敌畏降解完全，且无其它有害的中间产物的产生。 除此之外，光催化处理技术还可将表面活性剂、氟利昂、卤代物、含油废水中等有机污染物进行矿化，并且可以实现污水中的汞、铬、铅以及强氧化物等无机污染物向无毒物质的转化。 3 光催化技术在大气污染控制中的应用 3.1 氮氧化物的去除中的应用 今年来，我国北方的冬天犹如“烟雾”笼罩般不见天日，持续的、大范围的雾霾引起了全国人民及环保部门的高度重视。氮氧化物，简称NOx，主要指NO和NO2，是二次有机气溶胶形成的重要前驱之一。其中二次有机气溶胶在高浓度细粒子（PM2.5）的形成中占有很大的主导作用，而PM2.5的存在导致了北方持续“烟雾”笼罩的现象。为了降低NOx的污染，目前我国主要采取的是源头控制技术，随着社会迅速发展，我们更急需寻找一种一种新型的处理技术与源头控制技术相呼应来满足我国空气环境质量的要求。光催化技术以其独特的优势在氮氧化物去除方面具有巨大的应用前景。有研究者将光催化材料TiO2和混凝土混合，开展了涂覆有光催化涂料的人行道上NOx去除的实验，结果表明，在人工日光灯照射下，含有TiO2的水泥混凝土的NO催化转化率达到90%以上，大量的研究表明光催化技术对NOx的去除有良好的效果，为大气污染控制提供了良好的思路。 3.2二氧化碳的还原中的应用 据不完全统计2017年人类活动产生的二氧化碳排放总量达410亿吨，温室气体的大量排放是导致全球变暖的重要因素，为缓解全球升温带来的影响，碳排放峰值需要尽快到来，必须尽快控制二氧化碳的排放量。利用光催化技术将二氧化碳还原成碳氢燃料，不仅可以降低CO2在大气中的排放浓度，还可将 CO2 转化为烷烃、醇或其它有机物质，直接利用太阳能无需耗费其它能源来实现碳材料的再循环使用。光催化还原CO2为温室气体减排提供了一个新途径，是科学家们拯救地球的一种比较理想的方案，同时该新型清洁可持续发展技术对保护环境、推动社会经济及社会可持续发展意义深远。 总结： 半导体光催化技术是一种具有广阔应用前景的绿色环境治理技术，近年来，光催化技术在环保领域的应用引起学者们的广泛研究并且取得了初步的成果。虽然光催化技术在环保方面展现出了优越的应用前景，但提高太阳能的利用率仍是我们继续努力的方向。 参考文献： [1]杨合.光催化技术在废水处理中的应用[J].环境保护科学，2004，30（121）：9-11. [2]姚捷.半导体光催化技术净化氮氧化物研究进展[J].地球环境学报，8（6）：492–505 [3]张文通.纳米TiO2光催化材料在环境土壤修复中的应用研究进展[J].材料导报，2015，29（6）：49-53. 本文来源：https://www.dywdw.cn/35892e3dbbd528ea81c758f5f61fb7360a4c2b2d.html
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2023-05-13
