可见光非均相催化技术的应用进展及处理染料废水的工艺设计开题报告

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1. 研究目的与意义

随着科技的发展，水体中的污染物种类及其复杂程度也随之发生巨大的改变，伴随着这些改变我们对于水处理技术也发生改变。光催化氧化技术是一种新兴的高效节能现代水处理技术。现如今随着社会现代化进程的加快，能源短缺和环境污染已经成为人类的健康，生态平衡和社会发展所面临的巨大挑战，当今社会绝大部分物质都是通过催化化学反应而产生，同时伴随着大量能源材料的浪费，故而为了实现可持续发展，在发展新的催化材料是十分重要的。可见光非均相催化氧化技术是一种新兴的高效节能现代化水处理技术，在本课题研究中主要讨论的材料有TI类BI类石墨烯类以及复合材料类。

2. 国内外研究现状分析

目前流行的一些从废水中除去有机污染的方法有颗粒活性炭法（GAC），气提法和高级氧化工艺（AOPs）但是GAC法和空气气提法只是将有机物从一种相中转移到另一种相中，因而它们均属于非破坏性技术，只有AOPs才是将污染物完全破坏掉。AOPs有两种主要的类型一种是AOPs均相反应，主要利用H2O2，O3，UV光或者其中两种连用：AOPs非均相反应，主要的是利用例如TIO2等光反应金属氧化物，因为可以成为非均相催化氧化反应。

方法背景，这种将太阳能化学转化和储存为主要背景的半导体光催化特性的研究开始于1971年，但是将半导体材料用于催化光解水中污染物的研究还是近几年的事情，使用光催化氧化降解有机物技术有以下有点①多种有机化合物均可以被完全降解为CO2和H2O等②不需要另加的电子受体③合适的光催化剂具有廉价，无毒，稳定以及可以重复使用的有点④可以利用太阳能作为一种光源来激活催化剂。反应机理反应途径在水溶液中，多相光催化氧化有机化合物，虽然有吸附的有机物与表面的电荷直接相互反应，但是一般认为起主要作用的是具有高度活性的羟基。半导体光催化的机理是，当光子被具有足够能量的光激发，光子激发电子从价带跃迁到导带，离开的一个成为空穴的电子空隙，在价带上，禁带能量是需要大量约为3.2eV，这种能量大约等于400nm波长光的能量，因而TIO2和SrTiO3能够被近UV光辐射（300~400nm）激活，空穴和导带电子能够或者在固体内重新结合，产生冷光，或者在外表面产生反应，在外表面，激活电子和空穴能够和吸附的例如H2O,OH-O2和有机物等发生氧化还原反应，通过空穴和H2O或者OH-还原形成羟基。Ecb-与吸收的O2发生还原反应产生O2-，也能够产生H2O2和OH或者和H 产生H2，利用这种高度活性的羟基自由基可以氧化包括难以降解的各种有机物并使之完全氧化。影响处理效果的因素：在半导体催化反应体系中，影响过催化反应处理的因素有，催化剂的剂量，有机化合物的种类以及其浓度，光强，反应器的形状PH值，电子受体的类型及浓度。

3. 研究的基本内容与计划

近年来有机污染物的光催化降解研究，发展十分迅速，有研究表明，光催化氧化法对水中的烃，卤代物，表面活性剂，染料，有机重金属均有很好的去除效果，一般经持续反应可以达到完全矿化。半导体光催化活性的研究现状，通常使用的是金属或者金属氧化物与半导体组合光催化剂，

本课题首先需要对非均相光催化技术的原理、各种变体、目前的应用进行充分的文献资料调研和综述；分析非均相光催化工艺在针对不同类型的废水处理过程时具备的优缺点；结合非均相光催化工艺的特点和具体水质特点，将非均相光催化技术作为一种深度氧化技术用以辅助染料废水的处理，提出相应的工艺流程和参数设计。

4. 研究创新点

几乎所有催化都需要解决的问题就是高效催化剂的研制，光催化氧化也不例外，具体讲目前有三个方面的工作需要我们去研究①是选择合适的催化剂制备技术②是筛选出高效而实用的活性组分③是在前两步的基础上开发出合乎实际使用需求的催化剂。光催化氧化基础要解决的第二个问题是中间产物和活性组分，揭示催化机理，以指导催化剂的制备等。第三个要解决的问题是在机理和实际废水催化氧化动力学研究的基础上对光催化反应器进行最优设计，并对催化过程实行最优操作。第四个要解决的问题是多项单元技术的优化组合，在加深对光催化氧化技术认识的基础上，与其他技术的配合，如生物技术，将会开拓更广阔的应用前景。