光催化技術在環境治理方面的應用

楊榮

摘要：光催化技術是一項比較先進的環境治理技術，其具有極大的應用價值，是目前環保領域所研究的熱點話題。對光催化技術在環境治理方面的優勢進行研究，對有效解決當今能源危機與環境污染具有非常重要的意義。本文就針對光催化技術在環境治理方面的應用進行了詳細的研究。

關鍵詞：光催化技術；環境治理；有機物

社會經濟的發展，給工業企業的發展帶來了更大的發展空間。但是隨著人們對自然資源的過渡采伐，自然資源的匱乏以及環境污染的問題日益嚴峻。目前，我們生活中常見的污染主要來自于工業生產中排放出來的廢水、廢料、廢氣等，它們會以各種不同的有機物形式存在于空氣中，由于其成分的復雜性，在對其進行降解甚至去除時也就比較困難。傳統的技術，如吸附、氧化等雖然也能達到治理環境的目的，但是對能量的消耗比較大，導致最終的成本較高，并且后期處理方面比較麻煩。而光催化技術具有電子轉移、能量傳遞的優勢，將其應用在環境治理、節能減排等方面具有極好的效果。

1、光催化技術的應用原理

光催化技術其是以光為能源進行驅動的一種化學反應，其中將材料內光的物理過程與材料表面化學過程有效的結合在了一起。對于材料來說，當其中光子會被處于材料內部的基態電子所吸收，引發光生電子-空穴對。這種光生電子-空穴又會在材料內部進行轉移最終達到材料的表面，在特定的區域引發材料表面出現氧化還原反應。在此過程中會產生一些中間活性物種，這些活性物種有著超強的氧化能力，其會對環境中的有機物進行氧化降解。

目前，被研究的最多的是一種TiO2的半導體材料，本人就以其為例對光催化技術的應用原理進行簡單的闡述。TiO2屬于一種寬帶隙半導體材料，當其吸收到外界的光能時，就會被激發，材料中的電子就會通過TiO2就會躍遷到其導帶上，產生出光生電子-空穴對，這些光生電子-空穴對隨后就會轉移到TiO2的表面上。由于空穴具有較強的氧化能力，廣生電子具有較強的還原性，當其到達TiO2的表面后，就會迅速的參與到氧化還原反應中（如下圖1所示）。

2、光催化技術在環境治理方面的具體應用

2.1光催化技術在水污染物治理中的應用

光催化技術在對有機污染物進行降解的過程中，由于半導體材料在受到外界光源照射的情況下會產生多種自由基，這些自由基都具有較強的氧化活性，光催化技術正是利用了這些自由基對環境中存在的有機污染物進行降解，最終生成了一種不會對環境造成任何污染的無毒毒害的無機物、二氧化碳和水。比如光催化劑TiO2、ZnO、Fe2O3、等半導體材料受到外界光源的照射后，其會被激發，在光生電子-空穴強氧化性的作用下會將存在于環境中的有機物進行氧化分解，與此同時，在光生電子的強還原性作用下，將Au3+、Rh3+、Cr（VI）等高毒性的高價重金屬離子還原成低毒的低價離子。

采用光催化殺菌技術利用了殺菌速度的快，并且比較徹底，此種殺菌技術發生化學反應后的產物也不會對環境造成二次污染，不但如此，其反應中的部分物質還具有較好的殺菌功效。正是由于具有此種特點，近年來在微生物領域受到了眾多學者的青睞。比如TiO2、ZnO等光催化劑會在外界光源的照射下，對存在于空氣中的鏈球菌、金黃色葡萄球菌等革蘭氏陽性菌的生成起到抑制，甚至殺死的作用，還會對存在于空氣中的沙門氏菌、大腸桿菌等革蘭氏陰性菌的生成起到抑制，甚至殺死的作用。除此以外，將其應用在對飲用水的消毒殺菌中也能夠取得較好的效果，尤其將其應用在醫院環境治理方面，能夠為醫院提供更好的衛生環境。有研究人員采用液相浸漬法合成了一種新的Ag/TiO2納米復合材料，此種材料在外界可見光源的照射下，僅在短短的30min內，抑菌率就達到了100.00%。

2.3光催化技術在在空氣凈化方面的應用

近些年來，隨著我國工業行業的迅速發展，環境污染的問題日益嚴峻。加上人們日常生活中交通運輸、生產生活等各項活動所排放出來的廢氣量的增加，這些廢氣中大多都含有大量的有害物質，如粉塵、氮氧化物、硫氧化物以及碳氧化物等，隨著其在空氣中含量的增加，最終超出了大自然中此種成分的標準含量，進而對環境造成了污染。目前，市場上空氣凈化器的樣式多種多樣，但是其都是只能對室內的空氣環境的污染情況進行控制，但實際上這種凈化手段并不能將存在于空氣中的污染雜物徹底的清除出去，只是將其轉化成了另一種形式存在于空氣中。目前，有很多同領域的學者將在空氣凈化的設備中加入了光催化材料負載，設備不但更加容易操作，并且使用成本還比較低，大多都可以進行重復的循環使用，其最重要的一個優勢就是能夠將存在于空氣中的有毒、有害等成分進行有效的去除。有研究人員在室內油漆中融入了適量的TiO2，以此來去除存在于空氣中的NOx有毒成分，經過大量的實踐結果發現，在室內油漆中加入適量的TiO2對去除空氣中的NOx等有毒成分有著非常好的效果，能夠有效達到凈化室內空氣的目的。

3、光催化技術在環境治理中的展望

光催化技術理論方面的研究在不斷增多，這也極大的推動了光催化技術的應用和發展。目前，光催化技術已經被應用在了很多大型的凈化工程中，并且還有著極大的潛在優勢以及市場前景。與前期的研究進展相結合起來，此方面的研究工作者希望在新納米光催化材料的可控合成、空氣污染凈化以及實際應用等方面取得更多的突破，其研究的結果也會在不遠的將來表現出更重要的科學價值的應用前景。在圍繞我國大氣污染特征的基礎上，建立自己的大氣污染控制新技術的研發、污染控制的技術評價體系，將納米光催化技術、納米纖維過濾、多種生物能源的混合利用技術、室內污染檢測系統等多個方面的技術聯合起來進行使用，建立一個空氣污染治理新技術的開放式發展平臺，通過此平臺對空氣清潔凈化技術、新材料、新裝備等進行推廣和宣傳，進而促進空氣凈化產業的良性發展，以及社會經濟的良性增長。

4、結束語

總之，隨著日益嚴峻的環境問題，人們也在尋找著更加環保的治理方案來解決環境污染的問題。光催化技術則是利用了太陽光能對存在于空氣中以及水中的有機污染物以及細菌進行了有效的降解，其不但達到了凈化空氣，凈化水資源的目的，并且所生成的產物還不會對環境造成二次污染，成本比較低，操作起來比較簡單，還不會消耗較大的能量。將其應用在工業廢水、廢氣等的處理中能夠取得較好的效果。所以，對光催化技術進行深入的研究對做好環境治理工作，具有非常重要的意義。

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