化学文献综述

一、标题：光催化降解有毒有机污染物

二、摘要：有毒有机污染物引起的问题已经成为国际上十分关注的重大问题，用现有环境技

术很难处理这些污染物，国际上备受关注的应用潜力最大的是用环境友好的氧化剂在催化剂存在及紫外光照射下的光催化技术。近年来在光催化降解污染物的研究方面有了各种新的进展，如Ti基TiO2纳米管阵列的改性及其光催化降解有机物，TiO2催化降解氯酚类有机污染物，超声协同光对有机物的催化，银氮共掺杂板式TiO2纳米管光催化降解染料废水，纳米ZnO光催化降解有机污染物等。

三、关键词：光催化降解有毒有机污染物TiO2纳米管超声协同光纳米ZnO

四、前言：

将光催化剂掺入到塑料中制备出环境友好的可光降解复合塑料,利用其光催化活性可以使废弃塑料在太阳光的照射下发生有效降解。

通过化学方法合成了疏水性金属有机复合物双(水杨醛)邻苯二胺席夫碱铁在水溶性介质体系中,以Fe-SPA疏水特性作为异相光催化剂降解有毒有机污染物。

纳米ZnO在紫外光照射下以罗丹明B和2,4-二氯苯酚的光催化降解为探针反应，研究介质pH条件和催化剂用量等对光催化反应的影响。

采用阳极氧化法制备TiO2纳米管阵列,通过湿化学方法掺杂氮银元素,形成银、氮共掺杂TiO2纳米管阵列,研究其光催化降解染料废水性能及其动力学过程。

以紫外灯为光源,考察了自制纳米TiO2在TiO2/H2O2光催化体系中降解海洋石油污染的效率.研究光催化降解催化剂用量、溶液pH值、污染物浓度以及催化时间等因素对光催化降解海洋石油污染的影响。

有机农药一般光稳定性好,属生物难降解性有机物,在使用中易对周围生物种群及人类的健康带来危害.农药污染逐渐受到人们的关注,农药降解也成为研究的热点课题之一.利用高级氧化技术中的光催化方法降解有机农药是近年来兴起的一门绿色及高效新技术.

基于光催化降解硝基甲苯类废水的实验数据,采用反向传播(BP)神经网络训练并建立了硝基甲苯类废水处理过程的神经网络模型。用训练好的神经网络模型模拟光催化降解硝基甲苯废水过程,模型硝基甲苯浓度的模拟输出与实验数据的相关度为0.998。

超声/光催化是近年发展起来的一种新型废水处理技术。该技术利用超声所特有的空化效应强化光催剂的催化效能,可以实现超声和光催化协同的降解效果,提高有机污染物的降解效率。

氯酚类有机污染物具有较高毒性、难生物降解和强生物累积性等特点,成为较受关注的一类优先控制污染物，总结了氯酚TiO2光催化降解机理研究方面的最新进展。

采用溶胶-凝胶方法制备了几种POMs/TiO2复合光催化剂,考察了催化剂在紫外光照射下对模拟染料废水(酸性媒介黑PV溶液)的光催化降解行为,为降解有机污染物提供理论指导。

对近年发展的Ti基TiO2纳米管阵列改性的方法及其在光催化降解有机污染物方面应用的研究进展进行了总结。

五、既往情况：光催化是以光作能源，以催化剂作媒介的化学反应过程。近30年来大量的

探索研究证实，通过光催化方法在室温下可将水分解为氢气和氧气，很容易将有

机物氧化成二氧化碳和水。光催化的一个重大应用是污染治理。以往的化学污染

处理方法主要有：物理吸附法、化学氧化法、微生物处理法等，这些方法效率不

高，不能彻底将污染物无害化，因此开发高效、低能耗、适用范围广的污染处理

技术一直是我们追求的目标，光催化技术就是在这样的背景下发展起来的。纳米

TiO2是一种良好的的载体，关于它的制备工艺的改进一直在研究中，同时也开发

了如纳米ZnO等适合于光催化处理有机物的载体材料，还不断研究不同光条件下

的光催化降解效果如超声协同光的利用。

六、分析：

对光催化剂进行表面改性可以改善其在聚合物中的分散性,以及对光催化剂进行修饰可以提高其对可见光的吸收,从而提高复合塑料的固相光催化降解活性及对太阳光的有效利用率。

分别以硝酸锌,醋酸锌,氯化锌和硫酸锌为锌源采用水热法制备了纳米ZnO,在紫外光照射下以罗丹明B和2,4-二氯苯酚(2,4-Dichlorophenol,2,4-DCP)的光催化降解为探针反应,研究介质pH条件和催化剂用量等对光催化反应的影响。采用辣根过氧化物酶(POD)法和苯甲酸荧光光度法分别测定体系中H2O2和羟基自由基的变化,表明其光催化反应机理。

在pH=7.20介质及可见光(λ>420 nm)照射下,通过Fe-SPA活化H2O2降解有毒有机污染物罗丹明B、亚甲基蓝(MB)和2,4-二氯苯酚(2,4-DCP),研究了Fe-SPA的光催化特性.在水溶性介质体系中,Fe-SPA以疏水特性作为异相光催化剂具有良好的稳定性,循环使用5次后,光催化活性基本稳定.

超声/光催化技术利用超声所特有的空化效应强化光催剂的催化效能,可以实现超声和光催化协同的降解效果,提高有机污染物的降解效率。

纳米TiO2/H2O2光催化体系能有效降解海洋石油污染,且比单独使用纳米TiO2光催化效果好,纳米TiO2光催化/H2O2体系中由于在紫外光的照射下H2O2分解为大量的.OH从而使得降解效率在短时间内大大提高。优化的光催化降解条件为:降解1 L油污染海水的催化剂用量为10 mg、油污染海水的初始浓度为120 mg/L、催化时间为30 min,当pH=6～7时,加入H2O2的体积(质量浓度为60%)为10 mL,油污染海水的降解率可达98.12%。

用神经网络模型对此光催化降解硝基甲苯废水过程进行预测,得到硝基甲苯浓度的预测数据与实验数据的相关度为0.976。采用神经网络模型预测得到光催化降解硝基甲苯废水过程的最佳降解条件为:TiO2的质量浓度为0.10 g/L、H2O2的体积浓度为0.10 mL/L、pH值为3。

阐述直接光解、·OH氧化、1O2氧化、O(3P)氧化、O2·氧化、导带电子还原和表面络合物电子转移等氯酚光降解途径与机理，研究O2在氯酚吸附、光催化降解乃至矿化过程中的重要作用。

从有机农药降解处理意义,有机农药分类和基本特性及常规处理方法等几个方面,综述了TiO2、类Fenton方法为主的高级氧化技术对有机农药光催化降解的基本原理,概述了其光催化降解机理和降解产物毒理研究现状。

研究了催化剂中的POMs含量、催化剂用量、溶液的pH及H2 O2浓度对PV溶液降解过程的影响。结果表明，H4SiW12O40/TiO2复合催化剂光催化降解模拟染料废水(PV溶液)效果最佳。PV溶液初始浓度为300 mg/L时,脱色反应最佳条件:催化剂为H4SiW12O40/TiO2,α-H4SiW12O40质量分数为1.5%时,催化剂用量为60 mg、pH为2.0、H2 O2浓度为20 mmol/L时,PV降解质量分数可达到72.48%。[结论]POMs/TiO2复合催化剂较纯TiO2光催化降解PV溶液活性明显,其光催化降解有机污染物意义重大。

七、发展趋势：光催化降解有毒有机污染物是一个新研究领域，其中很多基本问题还没有完

全弄清楚，但其特点是突出的，也是不可替代的。TiO2纳米管阵列材料、纳米

ZnO、超声协同光等都是很有前途的污染治理技术，未来的研究将集中于几个方

面：在基础理论方面对有机污染物的降解机理研究有待加强；对催化剂进行改性，

研制出新型高效实用的光催化剂；寻找合适的载体和固定方法；研究设计实用高

效的光化学反应器，尽量利用日光能，降低处理成本。

八、结语：光催化反应机理及其在降解有毒有机污染物的研究上已经取得一定的进展，仍需