摘要：随着全球现代化的发展，全球环境问题越来越严重，环境污染越来越严重，导致全球饮用水资源短缺。这意味着我们迫切需要解决污水问题，这对保护环境和提高水资源的再利用起着重要作用。本文研究了光催化降解技术在现阶段的应用，以及光催化降解技术在工业、染料、制药等排放量大、污染严重、危害性大的废水中的处理方法。与传统的废水处理方法相比，光催化降解技术具有更好的降解效果，催化回用的优势大大降低了废水处理的成本，更符合当前可持续发展的理念。

关键词：光催化降解;污水;循环技术

一、光催化技术的光催化反应机理

光催化反应是利用洁净的光能和光催化剂同时作用下的一种化学反应。而半导体光催化剂由于其结构性能被广泛应用于光催化领域，半导体光催化材料具有不能叠加的能带结构，只有具有一个等于或大于禁带宽度能量的光照射到半导体时，才能激发价带上的电子（e-）跃迁至导带，使空穴（h+）在价带上产生，形成电子-空穴对。产生的电子空穴会向催化剂的表面发生迁移，与催化剂表面与吸附的反应物分别发生氧化还原反应，而在迁移过程中部分电子空穴对会在催化剂体内和表面发生复合，从而降低光催化反应效率。

因此光催化反应主要包括：1）光生电子和空穴对的产生;2）光生电子和空穴对的迁移和作用;3）光生电子空穴对的复合-体内复合和表面复合。为了降低电子和空穴对的复合率提高太阳能的利用率，研究者们已经提出各种方法，如：离子掺杂、贵金属负载、半导体复合等等，来提高太阳能的利用率。

二、 光催化技术在废水处理中的应用

近年来，光催化应用技术研究迅速发展，该技术能够迅速的将有机污染物降解为小分子二氧化碳和水，以达到完全矿化之目的，该过程以清洁能源为能量来源，能耗低且无二次污染，是一种较为理想的废水处理技术。同时也可以利用光催化技术苯酚、多氯联苯、邻苯二酚等这些较为难降解的物质。

废水处理现状及光催化降解原理，随着全球气候变暖和水资源日益短缺，污水处理、回收和再利用已引起世界各国人民的关注。在本阶段的各类污水中，工业废水、染料废水和制药废水是危害性较大且难以回收和处理的废水类型[1]。工业废水中化学污染元素浓度较高，排放量较大，导致工业废水对周围环境的危害最大。染料废水中有机污染物含量较高，污染物碱度较大，导致染料废水毒性较强。制药废水含有高浓度的抗生素等物质，传统的处理方法无法降解，排放后容易对生态环境造成很大破坏。

过去，这三种废水的处理成本较高，处理效果不好。光催化降解技术是一种排放量大、污染严重、破坏性强的污水处理新方法。光催化降解技术的主要处理原理是光催化剂在经过光照后吸收光能，然后进行电子转换，然后氧化原有的有机污染物，使其降解或矿化。目前，TiO2及其衍生物是应用广泛的光催化剂。

三、 光催化降解技术在各类污水处理中的应用

（1） 光催化降解技术在工业废水处理中的应用

一般工业废水中含有大量的重金属离子和较多的有机成分。过去，在采用传统污水处理方法处理工业废水的过程中，工业废水中重金属离子的处理效果相对较好，但工业废水中有机成分的处理效果相对较差。另外，传统的污水处理方法存在诸多弊端，效果不是很明显。在处理工业废水中的有机成分时，传统的废水处理方法主要采用物理法、化学法和生物法。

在物理法处理有机成分的过程中，主要采用离心沉淀法处理污水中的高浓度污染物。但对于低浓度或易溶于水的污染物，效果并不明显。采用化学方法处理时，主要是通过添加絮凝剂。但在处理过程中，需要消耗大量絮凝剂，产生大量污泥，造成二次污染，效果不是很好，成本相对较大。然而，生物法耗时较长，使用的微生物在治疗过程中容易中毒，且并非完全有效。

然而，光催化降解技术可以有效地处理工业废水中的有机成分。例如，在造纸工业产生的废水中，光触媒可在8小时内达到80%的COD，并将废水中的大量有机物完全降解为二氧化碳和水，从而实现有机物的完全降解。该催化剂可重复使用4次以上，与传统的有机组分处理方法相比，具有投资成本低、处理速度快、降解完全、易回收等优点。

将光催化降解技术应用于食品工业中的工业废水处理，可以有效地降解工业废水中的氨氮、COD等污染物。在3小时内，可处理69.76%的氨氮和73.33%的COD。此外，在以往的食品工业废水中，海鲜废水一般直接排入海水。光催化降解技术的使用也在一定程度上缓解了环境污染的程度。

工业废水处理过程中，传统的工业废水处理方法是采用微生物处理法。对于传统的处理方法来说，光催化降解技术的处理方法具有几个明显的优势。一是不会产生二次污染和污泥等污染物;第二，干扰废水中微生物的因素有助于废水处理的催化剂;第三：污水可直接采用光催化技术处理，无需预处理;第四：光催化降解技术的时间较短。因此，光催化降解技术可以提高皮革废水的处理效果，降低投入成本。

（2） 光催化降解技术在染料废水处理中的应用

一般染料废水成分复杂，色度高。一些特殊的染料废水也有刺鼻的气味，会影响人们的正常生活。传统的染料废水处理方法主要采用化学方法，通过调节pH值和添加絮凝剂对污染物进行混凝沉淀，但对絮凝剂的需求量大，投入成本高。

在印染二次废水的降解处理中，活性炭负载铁离子的光催化剂可去除70.31%的COD。催化剂可重复使用6次，催化剂的催化活性保持在60%以上，对解决印染废水有足够的效益。在亚甲基蓝的光催化降解过程中，亚甲基蓝可以在50分钟内完全降解。催化剂重复使用4次，处理效果仍在90.2%以上。

在含活性红K-2BP染料废水的降解处理中，光催化剂可去除70%的COD，改善废水的生化性质。在红玫瑰染料废水的降解过程中，含氮纳米管催化剂的降解率可达98%。

（3） 光催化降解技术在制药废水处理中的应用

从对生态环境的破坏来看，制药废水的破坏程度最高。虽然制药废水的排放量相对较小，但由于制药废水中含有多种抗生素、药物、微生物、卤素等复杂成分，容易对生态环境中的生物体造成细胞损伤，破坏整个生态系统。因此，传统的处理方法无法全面有效地处理。

在降解处理制药废水中的异噻唑啉酮时，在模拟自然光的条件下，在4小时内异噻唑啉酮的处理率可达到97%，并且在处理过程中可完全分离卤素。

在光触媒降解头孢曲松钠的过程中，紫外线照射5h后头孢曲松钠的降解率可达93.4%，模拟日光照射5h后头孢曲松钠的降解率可达70%。与传统的降解方法相比，光催化降解技术大大降低了能耗要求。同时，在光催化剂降解过程中，无机盐离子会影响光催化剂的活性。因此，在降解处理过程中，应注意去除无机盐离子。在光催化降解技术处理制药废水中，絮凝法可以提高制药废水的处理效果。

光催化降解技术是对排放量大、污染严重、危害性大的工业废水、染料废水和制药废水处理方法的升级，为水污染的治理提供了新的思路。与传统的废水处理方法相比，光催化降解技术具有更好的处理效果和更低的成本。

光催化降解技术也充分体现了绿色化学的理念。它能有效地处理各类工业废水，提高水资源的再利用率，在一定程度上缓解目前水资源短缺的状况。光催化降解技术的低成本优势对其推广应用也有很大帮助。

参考文献

[1]唐清文，安晓强，兰华春，等.基于缺陷重构的类芬顿光催化剂在降解染料废水中的应用[J/OL].环境科学，2019（07）：1-10.