光催化技术在环境治理方面的应用

杨荣

摘要：光催化技术是一项比较先进的环境治理技术，其具有极大的应用价值，是目前环保领域所研究的热点话题。对光催化技术在环境治理方面的优势进行研究，对有效解决当今能源危机与环境污染具有非常重要的意义。本文就针对光催化技术在环境治理方面的应用进行了详细的研究。

关键词：光催化技术；环境治理；有机物

社会经济的发展，给工业企业的发展带来了更大的发展空间。但是随着人们对自然资源的过渡采伐，自然资源的匮乏以及环境污染的问题日益严峻。目前，我们生活中常见的污染主要来自于工业生产中排放出来的废水、废料、废气等，它们会以各种不同的有机物形式存在于空气中，由于其成分的复杂性，在对其进行降解甚至去除时也就比较困难。传统的技术，如吸附、氧化等虽然也能达到治理环境的目的，但是对能量的消耗比较大，导致最终的成本较高，并且后期处理方面比较麻烦。而光催化技术具有电子转移、能量传递的优势，将其应用在环境治理、节能减排等方面具有极好的效果。

1、光催化技术的应用原理

光催化技术其是以光为能源进行驱动的一种化学反应，其中将材料内光的物理过程与材料表面化学过程有效的结合在了一起。对于材料来说，当其中光子会被处于材料内部的基态电子所吸收，引发光生电子-空穴对。这种光生电子-空穴又会在材料内部进行转移最终达到材料的表面，在特定的区域引发材料表面出现氧化还原反应。在此过程中会产生一些中间活性物种，这些活性物种有着超强的氧化能力，其会对环境中的有机物进行氧化降解。

目前，被研究的最多的是一种TiO2的半导体材料，本人就以其为例对光催化技术的应用原理进行简单的阐述。TiO2属于一种宽带隙半导体材料，当其吸收到外界的光能时，就会被激发，材料中的电子就会通过TiO2就会跃迁到其导带上，产生出光生电子-空穴对，这些光生电子-空穴对随后就會转移到TiO2的表面上。由于空穴具有较强的氧化能力，广生电子具有较强的还原性，当其到达TiO2的表面后，就会迅速的参与到氧化还原反应中（如下图1所示）。

2、光催化技术在环境治理方面的具体应用

2.1光催化技术在水污染物治理中的应用

光催化技术在对有机污染物进行降解的过程中，由于半导体材料在受到外界光源照射的情况下会产生多种自由基，这些自由基都具有较强的氧化活性，光催化技术正是利用了这些自由基对环境中存在的有机污染物进行降解，最终生成了一种不会对环境造成任何污染的无毒毒害的无机物、二氧化碳和水。比如光催化剂TiO2、ZnO、Fe2O3、等半导体材料受到外界光源的照射后，其会被激发，在光生电子-空穴强氧化性的作用下会将存在于环境中的有机物进行氧化分解，与此同时，在光生电子的强还原性作用下，将Au3+、Rh3+、Cr（VI）等高毒性的高价重金属离子还原成低毒的低价离子。

采用光催化杀菌技术利用了杀菌速度的快，并且比较彻底，此种杀菌技术发生化学反应后的产物也不会对环境造成二次污染，不但如此，其反应中的部分物质还具有较好的杀菌功效。正是由于具有此种特点，近年来在微生物领域受到了众多学者的青睐。比如TiO2、ZnO等光催化剂会在外界光源的照射下，对存在于空气中的链球菌、金黄色葡萄球菌等革兰氏阳性菌的生成起到抑制，甚至杀死的作用，还会对存在于空气中的沙门氏菌、大肠杆菌等革兰氏阴性菌的生成起到抑制，甚至杀死的作用。除此以外，将其应用在对饮用水的消毒杀菌中也能够取得较好的效果，尤其将其应用在医院环境治理方面，能够为医院提供更好的卫生环境。有研究人员采用液相浸渍法合成了一种新的Ag/TiO2纳米复合材料，此种材料在外界可见光源的照射下，仅在短短的30min内，抑菌率就达到了100.00%。

2.3光催化技术在在空气净化方面的应用

近些年来，随着我国工业行业的迅速发展，环境污染的问题日益严峻。加上人们日常生活中交通运输、生产生活等各项活动所排放出来的废气量的增加，这些废气中大多都含有大量的有害物质，如粉尘、氮氧化物、硫氧化物以及碳氧化物等，随着其在空气中含量的增加，最终超出了大自然中此种成分的标准含量，进而对环境造成了污染。目前，市场上空气净化器的样式多种多样，但是其都是只能对室内的空气环境的污染情况进行控制，但实际上这种净化手段并不能将存在于空气中的污染杂物彻底的清除出去，只是将其转化成了另一种形式存在于空气中。目前，有很多同领域的学者将在空气净化的设备中加入了光催化材料负载，设备不但更加容易操作，并且使用成本还比较低，大多都可以进行重复的循环使用，其最重要的一个优势就是能够将存在于空气中的有毒、有害等成分进行有效的去除。有研究人员在室内油漆中融入了适量的TiO2，以此来去除存在于空气中的NOx有毒成分，经过大量的实践结果发现，在室内油漆中加入适量的TiO2对去除空气中的NOx等有毒成分有着非常好的效果，能够有效达到净化室内空气的目的。

3、光催化技术在环境治理中的展望

光催化技术理论方面的研究在不断增多，这也极大的推动了光催化技术的应用和发展。目前，光催化技术已经被应用在了很多大型的净化工程中，并且还有着极大的潜在优势以及市场前景。与前期的研究进展相结合起来，此方面的研究工作者希望在新纳米光催化材料的可控合成、空气污染净化以及实际应用等方面取得更多的突破，其研究的结果也会在不远的将来表现出更重要的科学价值的应用前景。在围绕我国大气污染特征的基础上，建立自己的大气污染控制新技术的研发、污染控制的技术评价体系，将纳米光催化技术、纳米纤维过滤、多种生物能源的混合利用技术、室内污染检测系统等多个方面的技术联合起来进行使用，建立一个空气污染治理新技术的开放式发展平台，通过此平台对空气清洁净化技术、新材料、新装备等进行推广和宣传，进而促进空气净化产业的良性发展，以及社会经济的良性增长。

4、结束语

总之，随着日益严峻的环境问题，人们也在寻找着更加环保的治理方案来解决环境污染的问题。光催化技术则是利用了太阳光能对存在于空气中以及水中的有机污染物以及细菌进行了有效的降解，其不但达到了净化空气，净化水资源的目的，并且所生成的产物还不会对环境造成二次污染，成本比较低，操作起来比较简单，还不会消耗较大的能量。将其应用在工业废水、废气等的处理中能够取得较好的效果。所以，对光催化技术进行深入的研究对做好环境治理工作，具有非常重要的意义。

参考文献：

[1]杨连珍.光催化技术在挥发性有机物治理中的应用研究[J].资源节约与环保，2018（08）：127+129.

[2]陈颖.光催化技术在环境治理方面的应用研究[J].石化技术，2018，25（04）：102+104.

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