TiO2光催化氧化剂的改性技术分析进展TiO2光催化氧化剂的改性技术研究进展杨少斌1，张建博2，费学宁3（1.西安航空技术高等专科学校，西安710077；2.X市桑德环保集团有限公司，X市101102；3.X市城市建设学院，X市300384）光催化氧化法是一种新型高级氧化技术，已成为环境治理中的前沿领域及研究热点。由于该方法目前存在光催化剂效率低、氧化剂难于分别和光能有效利用率低等不足之处在水处理工业化中受到限制，大多处于试验室研究阶段。文中就复合半导体催化剂、TiO2催化剂表面酸化、催化剂染料光敏化、纳米光催化剂及催化剂中沉积贵金属和掺杂金属离子等能有效改善TiO2光催化剂催化性能，提高光催化氧化效率的改进技术进行探讨。关键词：TiO2；光催化氧化；改性；光催化剂：X703．5文献标识码：A：%1009－2455（20XX）02－0011－04光催化氧化法是一种新型高级氧化技术，主要通过光照条件下半导体催化剂、H2O、O2或OH－、有机物间相互作用对有机物进行降解。催化剂多采用TiO2、CdS、SnO2、ZnO或ZnS等n型半导体材料，由于TiO2光化学性质稳定、价廉、无害成为光催化剂的首选被广泛研究。光催化氧化作为一种新的水处理技术，该方法目前存在光催化剂效率低、氧化剂难于分别和光能有效利用率低等不足之处在水处理工业化中受到限制。目前国内外主要进行复合半导体催化剂、表面酸化与还原处理、掺杂金属离子和催化剂表面光敏化等技术研究。本文就TiO2光催化氧化剂性能的改进技术进行探讨。1.光催化氧化法基本原理光催化氧化法是以n型半导体能带理论为基础的光敏氧化法。n型半导体材料能带的不连续，具有价带和导带所构成的带隙，价带由一系列填满电子的轨道所构成，导带由未填充电子的轨道所构成，价带中最高能级与导带中最低能级之间的能量差为禁带宽度（Eg）。当半导体近表面区在受到能量大于其禁带宽度能量的光（hν）辐射时，价带中的电子会受到激发跃迁到导带，价带上形成空穴（h＋）而导带则带有电子（e－），在半导体中产生电子-空穴对。以TiO2为例，此过程可用下式加以描述。产生的电子-空穴对在空间电荷层电场的作用下分别并快速地迁移到粒子表面。空穴具有很强的得电子能力，可被H2O、OH－捕获生成·OH，也可直接夺取半导体表面有机物或其它物质的电子进行氧化作用；由于电子居于较高的能量状态，也可被吸附氧（O2）捕获，生成·O2-自由基。氘同位素试验和电子顺磁共振（ESR）研究的结果证明·OH和·O2－是光催化氧化过程中主要氧化剂，理论上几乎可将水中全部有机物氧化，甚至最终产物为H2O和CO2。2光催化氧化法存在问题光催化氧化技术在实际应用中尚存在不足。首先，催化剂的电子-空穴量子效率偏低，单纯Ti02光催化剂的电子-空穴对的再复合率高，降低光催化氧化效率；其次，氧化剂选择吸附性能差，光催化氧化反应过程中的反应产物易吸附在催化剂表面，降低了光催化氧化反应的速率和选择性。第三，光谱响应范围窄，纯TiO2（锐钛矿型）光谱汲取域值是386nm，只能利用太阳频谱范围4％的紫外光部分，对太阳能有效利用率低。第四，固定化条件苛刻，由于TiO2光催化剂粒径较小，难于从溶液中分别，导致催化剂的流失，必需承载于适当载体上或以适当固定化方法固定到基材表面，才能提高光催化氧化效率。此外，光催化氧化技术适合于相对低浓度的有机废水的降解处理，在处理高浓度、难降解有机污染物方面光催化效果不明显。3TiO2光催化剂性能的改进光催化氧化法存在上述不足，在工程应用中受到很大的制约，于是出现通过化学或物理方法改性提高TiO2光催化效率的研究。从光催化机理看，有机物能否被氧化与催化剂空穴和电子浓度有关。通过加入其它氧化剂以俘获导带电子、改性提高半导体自身的光催化性能能够有效削减空穴-电子复合几率，增加空穴和电子浓度，提高光催化效率。3．1掺杂金属离子在TiO2晶格掺杂不同价态过渡金属离子、稀土金属离子可有效改善光催化剂性能。由于掺杂金属离子可转变催化剂结晶度，且金属离子是电子的有效接受体，可捕获导带中的电子削减TiO2表面电子与空穴复合，使TiO2产生更多的·OH和·O2－，提高催化剂的活性。不同过渡金属离子掺杂效果不同，有的易形成电子空穴...