探究光催化技術在水體污染物去除中的應用

姜淑坤　孟祥哲

摘 要：水體污染問題已引起全球范圍內的廣泛關注，而光催化技術在水體污染物處理方面展現出了愈發顯著的應用潛力，本文以石墨相氮化碳（g-C3N4）為例，探究了其在光催化技術領域的研究進展，并選用亞甲基藍這種典型的染料污染物作為去除對象，分析了光催化技術在水體污染物去除中的應用。

關鍵詞：水污染;光催化;石墨相氮化碳（g-C3N4）;亞甲基藍

中圖分類號：S-3

文獻標識碼：A

引言

環境污染是人類實現可持續發展的一大制約因素，而水體污染是環境污染中較為嚴重的一方面。常見的水體污染源包含有機染料和抗生素等，其中有機染料污染來源于紡織業、造紙業和印刷業產生的染料廢水，工業常用的染料種類已經超過10萬種，部分染料未經過后續處理就直接排放到水體環境中;抗生素被廣泛用于治療人體疾病和預防禽畜細菌性的病害，由于在世界范圍內人們不規范地使用抗生素，導致環境中積累了大量的抗生素，如四環素、環丙沙星等，嚴重危害人類生命安全。

研究人員對水體污染物的去除展開了廣泛而深入地研究，其中光催化技術在水體污染物處理方面展現出了巨大的發展潛力。光催化技術能夠利用太陽能治理環境污染，將低密度的太陽能轉換為高密度的化學能或者直接降解和礦化有機污染物，是一種能夠解決能源短缺和環境污染的綠色新技術，具有重大的實際應用潛力。

1 光催化技術的原理

光催化技術是利用半導體材料制作光催化材料，因為半導體材料的導電特性處于導體和絕緣體之間，價帶充滿電子，導帶沒有被填充，禁帶（帶隙）是價帶頂部和導帶底部之間的區域，不同半導體元素對應不同的帶隙能量。太陽光是寬譜光源，光譜覆蓋范圍較廣（如圖1所示），對于太陽光的光輻射，價帶上的電子受到激發進入導帶，轉移到半導體納米材料的表面，從而在價帶上形成空穴，受到激發的電子則轉移到半導體納米材料的表面。此時，半導體材料產生了電子-空穴對，反應活性高。由于不同元素的半導體能帶不一樣，同時能帶也具有不連續性，因此，半導體材料對某幾個波長的光輻射會產生相應的電子-空穴對（稱之為光生電子-空穴對），此時電子會遷移到不同能級上，或者擴散到半導體材料表面，與表面物質發生氧化還原反應，生成活性自由基，實現降解有機物大分子，還原重金屬離子等效果。光生電子-空穴對能夠和O2或OH-發生化學反應，產生活性自由基，如羥基自由基、超氧自由基、雙氧水等。活性自由基能夠和目標污染物發生化學反應，產生沒有毒害沒有污染的氣體、水或者中間產物，從而實現降解污染物的目的。

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（責任編輯 常陽陽）