TiO2光催化反应及其在废水处理中的应用沈伟韧

　　:199712,:19982　*,**TiO2光催化反应及其在废水处理中的应用*沈伟韧　赵文宽　贺　飞　方佑龄**(武汉大学化学系　武汉430072)　　TiO2多相光催化能利用太阳能有效降解多种对环境有害的污染物,使有害物质矿化为CO2、H2O及其它无机小分子物质。本文综述了TiO2光催化的机理,提高光催化能力的途径,多种具有代表性污染物的光催化降解处理方法,以及目前尚存在的一些问题,扼要介绍了近年来TiO2光催化反应及其在废水处理中应用的研究进展及应用前景。　TiO2　多相光催化　降解　废水处理TiO2-BasedPhotocatalysisandItsApplicationsforWasteWaterTreatmentShenWeiren　ZhaoWenkuan　HeFei　FangYouling(DepartmentofChemistry,WuhanUniversity,Wuhan430072,China)Abstract　TiO2-basedheterogeneousphotocatalysishasthepotentialtodegradeenvironmentalpollutantsbysolarenergy.ThecontaminantscanbemineralizedtoCO2,H2Oandothersmallmolecules.ThepaperdealswiththeprincipleandmechanismofphotocatalysisonTiO2,thewaysforenhancingphotocatalyticefficiency,andthemethodsandproblemsofTiO2photocatalysisfordegradationsofseveraltypicalcontaminants.TherecentdevelopmentsinTiO2photocatalysisanditsapplicationprospectsforthetreatmentofwastewaterareintroduced.Keywords　TiO2;heterogeneousphotocatalysis;degradation;wastewatertreatment、　1972FujishimaHonda[1]TiO2,,,,[2—7]。,,TiO2、、、。TiO2(3.2eV),104199812化　学　进　展PROGRESSINCHEMISTRYVol.10No.4Dec.,19983%。,,,,。。,,。,[4—8]。,、、、、、,、,,。,,TiO2。、TiO21.,(valenceband,VB)(conductionband,CB),。(,Eg),(e-),(h+),。,,,,。:TiO2+H2O→e-+h+h++H2O→·OH+H+h++OH-→·OHO2+e-→·O2-,·O2-+H+→HO2·2HO2·→O2+H2O2H2O2+O2-→·OH+OH-+O2,,OH-、H2O[9]。,;;,[10,11]。[12]。、、、[2],。2.λgEg,[13]:λg(nm)=1240/Eg(eV)　　,TiO2pH13.2eV,387nm。,。();(),。·350·化　学　进　展103.、,。,。,。。(),,。、,TiO2:、,。、TiO21.(1)　TiO2——,[3]。TiO6,。1,Ti4+6O2-。,;,。Ti—Ti(3.79•,3.04•)(3.57•,3.96•),Ti-O(1.934•,1.980•)(1.949•,1.980•)。10(,),8(,)。。(3.894g·cm-3)(4.250g·cm-3),(3.3eV)(3.1eV)。TiO2O2,,,。(2)　,,,,。,。a=4.593•c=2.959•Eg=3.1eVd=4.250g·cm-3ΔG0f=-212.6kcal·mole-11　TiO2a=3.784•c=9.515•Eg=3.3eVd=3.894g·cm-3ΔG0f=-211.4kcal·mole-1·351·4　TiO2。Salvador[14]TiO2(001),Ti3+-Vo-Ti3+H2OH2O2,Ti3+-Ti3+(2.59•)Ti4+-Ti4+(4.59•),,5。-。(3)　TiO2(H2O,O2)TiO2,TiO2。H2O(OH)、O2,。。,[15]。TiO2,。TiO2(110),。Yamashita[17]TiO2(110)TiO2(100),CO2H2O,TiO2(100)TiO2(110),TiO2(100),TiO2(110),TiO2(100),TiO2(100)TiO(Ti/O)TiO2(110),,,CO2H2O,;,TiO2(110),TiO2(110)。Sanjines[16],TiO2(101)。2.TiO2,,TiO2,TiO2。(1)　,,,。,,。,,,,。,,TiO2,,。(2)　,,。,,。。(3)　、DegussaP-25TiO2,TiO2()。Bickley[18],,、()。,,,,,。·352·化　学　进　展10,TiO2(4.0m2·g-1),-(5.8m2·g-1),,,。3.TiO2,TiO2。(),TiO2:Ti(OR)4TiX4Ti(OH)4TiO(OH)2TiO2,。“、、”。(TiCl4)TiO2。DegussaP-25TiO2,70%、30%,50m2·g-1,,20nm,,,。,。,[19],(～300℃)TiO2。12nm,100m2·g-1,700℃,(37m2·g-1),。,,DegussaP-25TiO2,,DegussaP-25TiO22。TiO2(),,,。-。,,,。,-,,,。,Kisler,[20]。。,,20—30℃,,,,,。,,。CO2,CO2。、、,,。Dagan[21]TiO285%,600m2·g-1,0.5g·cm-3。X50•,DegussaP-25TiO2。、TiO2、、、,。,[4],,、TiO2,,。,TiO2·353·4　TiO2400nm,,-、。,,。,。1.(1)　TiO2:(、),。Pt[22,23],Ag[24]、Ir[25]、Au[26]、Ru[27]、Pd[28]。(2)　,,。Fe3+,Litter[29]Fe3+TiO2。Choi[30]21TiO2,,0.1%—0.5%Fe3+、Mo5+、Ru3+、Os3+、Re5+、V4+Rh3+,Co3+Al3+。,。,,,(),,。,[31],TiO2、,(600nm)。(3)　--。Al2O3[32]、SiO2[33]、ZrO2[34]。TiO2,,,。,。,,。,,TiO2CdS,CdSTiO2,CdSTiO2,CdS,-,TiO2,CdS,,。CdS/TiO2[34]、TiO2/CdSe[35]、ZnO/TiO2[36]、TiO2/SnO2[37]、TiO2/PbS[38]、TiO2/WO3[38],。(4)　,,,。B[39]、[40]、Ru(byp)32+[41]、[42],,,,,2。(5)　。Uchihana[43],、OH-、EDTA,。2-,TiO2Pt/TiO22.3[44]。·354·化　学　进　展102　,Fox[2]、Linsebigler[3]、[45]。2.TiO2(Q-TiO2),,,,。,1-10nm,,,,--,。Q-TiO2,,[46]、(Nafion)[47]。,Uchida[48](PVPD)Q-TiO2。、,TiO2,,,。1.TiO2、,。,,、、,,,。,TiO2(0.5mg·cm-3),。(batchreactor)。Mills[49]。NDC。2.,,。,、、、,。:(1)-TiO2[50,51];(2)()、,400—600℃[52,53];(3)TiO2,TiO2[54—56];(4)TiO2,[57];(5)TiO2[58]。sol-gel,,。。·355·4　TiO2[59][60],,。,、、,、、。,。,,,。3.TiO2TiO2,TiO2,。Sopyan[61],TiO2,,120℃,,,,。Kim[50]TiO2,,,。TiO2,,,。Vinodgopal[62]TiO24-。、TiO2,、、、,H2O、CO2、PO43-、SO42-、NO3-、,。,、、、。,。TiO2。1.(1)　,、、。。,[63—68]。[67],,95%。(2)　Klopffer[69]。,,。s-,1×10-7,,,[70]。,。[71]TiO2,PO3-4,CODCr70%-90%,。(3)　,,[75]。[76](NPE-n),。Hidaka[77—80],,,。Pelizzetti[81],,,。·356·化　学　进　展10　TiO2TiO222-6GTiO2/SiO251,B,TiO256TiO2,WO363,GTiO264,1TiO265(7),TiO266HTiO268atrazineTiO2,ZnO70(DDT)TiO2,TiO2/Pt72,2,4,5-TiO273(DDVP),(DTHP)TiO274TiO271()TiO2,TiO277,78()TiO279()TiO276,80TiO281TiO2/SiO259,60TiO2Ni-15,TiO2824-TiO2622-,2,7-TiO2,TiO2/Pt83,84,85,3,3′-,TiO286CFC113(CCl2FCClF2)TiO287,88,TiO2,SiO2,TiO2/Al2O391、TiO289,90TiO292TiO293TiO294,95CN-TiO299,101Au(CN)4-H2O2/TiO2100I-,SCN-TiO2/SnO237Cr2O2-7TiO2,ZnO/TiO299-101Hg,CH3HgClTiO2()102·357·4　TiO2,。CO2,,,,,。(4)　,,,。,,[82]、[82]、4-[49,62]、[83—85]。(5)　(CFCs),,,。,,[87,88]。Takita[87]TiO2CCl2FCClF2(CFC113)。Kanno[88]TiO2CFC113。TiO2WO3,,,。TiO2/WO3CFC113,100h99.6%。,。,[89]、[90]CO2HF。(6)　,,。,。TiO2,,,TiO2TiO2。Berry[92]TiO2。[93]TiO2,TiO2,,,。,-TiO2[94],TiO2,。Heller[95]100μmTiO2,TiO2,,,。2.,TiO2,Cr2O2-7,1977。Miyaka[96]TiO2,Cr2O2-7Cr3+。Yoneyama[97]Cr2O2-7。[98]ZnO/TiO2,。。Frank[99]TiO2CN-OCN-,CO2、N2、NO-3。Serpone[100]TiO2Au(CN)-4Au,CN-NH3CO2,,,,。Hidaka[101]OCN-CO2N2·358·化　学　进　展10,。,TiO2。,,。,、、,。,。,,,[103]。、　、、、。,、、。,。,。,[103,104]。,。,,TiO2,。[1]FujishimaA,HondaK,Nature,1972,238(5358),37—38.[2]FoxMA,DulayMY,Chem.Rev.,1993,93(1),341—357.[3]LinsebiglerAL,LuG,YatesJT,Chem.Rev.,1995,95(3),735—758.[4]HoffmannMR,MartinST,ChoiWetal.,Chem.Rev.,1995,95(1),69—96.[5],感光科学与光化学,1993,11(2),76—81.[6],,,环境科学进展,1994,2(3),50—57.[7],,,环境科学进展,1996,4(3),1—18.[8]OllisDF,PelizzettiE,S