摘要：TiO2光催化技術是一種新型的現代水處理技術，由于它能廣泛地利用太陽能，對多種污染物有明顯的降解效果，有廣闊的應用前景。在闡述納米TiO2的催化特性和光催化氧化機理的基礎上，簡要介紹光催化反應的基本操作方式，重點綜述了納米TiO2光催化技術降解水體污染物如無機物、染料、農藥、表面活性劑、含油廢水、高分子聚合物等的最新應用進展，對其實用化過程中存在的問題提出了建議。
關鍵詞：光催化TiO2水體污染物

1前言

多相光催化氧化法是一種高級化學氧化技術。1972年，日本學者Fujishima和Honda[1]報道了在n-型半導體TiO2單晶電極上發生光電催化分解制氫，近20a來，各國學者圍繞高活性納米TiO2的制備[2～3]、多相光催化機理及動力學研究[4～7]、提高TiO2的光催化活性[8～11]等方面做了工作。本文主要介紹近年來TiO2光催化技術降解水體污染物的最新應用情況。

2TiO2光催化反應機理

TiO2是一種半導體，它的能帶是不連續的，可分為價帶、導帶和禁帶。當能量大于或等于禁帶能量的光照射到半導體時，處于價帶中的電子（e—）被激發躍遷至導帶，在價帶產生相應的空穴(h )。

當光生電子及空穴遷移到TiO2表面，并與吸附在TiO2表面的H2O、O2等發生作用，生成·OH、·O2-等高活性基團，進而氧化水中絕大多數有機污染物和部分無機物。該機理在國內外許多文獻[12]中有詳述，這里不再贅述。

為使光催化反應有效進行，就需減少電子和空穴的復合。一方面，空穴h 可被TiO2表面的束縛水和羥基俘獲，或被體系中額外加入的一些空穴俘獲劑[13]俘獲，使體系中有足夠的高活性的電子e—；另一方面，反應液中存在的電子受體如溶解氧[14]或加入的強氧化劑作為電子受體，消除光生e—，實現空穴與電子的有效分離，提高催化效率。

選擇納米級TiO2作為光催化劑主要考慮以下2個因素：其一是納米級TiO2粒徑小，表面原子數多，光吸收效率提高，增大了表面光生載流子的濃度，提高光催化效率；其二是粒徑越小，單位質量的粒子數越多，比表面積也就越大，表面吸附的OH—、H2O增多，增大了光催化反應速率。

3TiO2光催化反應的基本操作方式

3.1懸浮式

直接將TiO2顆粒與待處理廢水混合，通過攪拌使催化劑分散均勻，由于納米TiO2比表面積大，光催化反應速率和效率較好，因此具有較好的降解作用。王怡中等[15]利用懸浮式反應器，研究了活性艷紅、陽離子桃紅等初始濃度為20mg/L的8種染料光降解，光照4h后，各種染料降解率均達90以上。但分散態催化劑回收困難，不易與溶液分離、易流失等問題限制了光催化氧化技術的實際應用，目前僅在實驗中用于降解的可行性研究。

3.2固定式

將TiO2顆粒固定于纖維、玻璃、石英、不銹鋼等載體或制成薄膜，處理廢水時不需額外的設備和能量回收催化劑粒子，又可解決催化劑的懸浮體系中的均勻分散問題，更利于光催化技術的工業化應用。蔣引珊[16]等利用天然沸石、膨潤土作載體制備TiO2礦物復合物，對有機染料羅丹明-B具有分解脫色性能，脫色率達94以上，且光催化性能穩定、持久。Kumara等[17]制成TiO2玻璃薄膜固定式光反應器，廢水以100mL/h的流速連續流經反應器，在太陽光照射下，水中酚類有機物最終全部礦化。Zhu等[18]以13-X、Na-Y、4A沸石分子篩為載體對直接堅牢猩紅4BS和酸性紅3B染料的降解也取得較好效果。

4在水體污染物凈化中的應用

4.1無機污染物的處理

無機水體污染物來源于采礦、金屬冶煉、化工、機械加工等行業，常見的有汞、鉻、鉛等重金屬離子和溶解在水中的有害氣體如H2S、SO2、NO2、NO等，其中，非重金屬的氰化物毒性最強。Aguado等[19]將催化劑TiO2固載于不同形態的SiO2上，考察了廢水中氰化物游離態和絡合態的降解效果。實驗證明，平均降解率達80，特別適用于曝露在陽光下的含氰化物廢水，因為不穩定的氰化物可解離成毒性很大的CN