基于光伏的TiO2电催化污水处理装置设计及性能研究文献综述

文献综述

1本课题重要性

当前的污水处理行业中，常用的处理工艺^[1]有沉降、混凝、离心分离等物理分离技术，活性污泥法、生物膜法、厌氧生物处理法等生物方法，吸附、离子交换、膜分离等物理化学分离技术。而这些传统的方法都存在着诸如处理时间长、处理效果不彻底与处理速率慢等不足。而以TiO₂为代表的半导体纳米材料以其价廉易得、耐腐蚀、光催化氧化能力强的优点，渐渐赢得人们的青睐。

然而，TiO₂光催化处理污水的技术也存在着自身的问题。首先，TiO₂禁带宽度较大^[2]（锐钛矿相为3.2eV，金红石相为3.0eV），只能被波长小于387nm的紫外光所激发，而这部分紫外光在太阳光谱中只占5%，也就是说TiO₂只能利用不到5%的太阳光，对太阳光的利用率很低；其次，TiO₂生成的电子-空穴对寿命极短，极易复合^[3]，导致TiO₂的光量子产率低，光催化效率不高。

针对这两个问题，本课题致力于从两方面提高TiO₂的催化效率，一是外加电场，使得光生电子和空穴在电场的驱动下向相反的方向运动，大大降低电子-空穴复合的几率，提升催化效率；二是对半导体TiO₂催化剂进行改性，掺杂金属离子以降低TiO₂的带隙能级，使激发光的波长从紫外光区移至可见光区，使得TiO₂的可见光催化成为可能。

2 国内外研究现状及发展趋势

2.1 TiO₂纳米材料的制备

目前，对于纳米TiO₂合成的研究众多，主要集中在阳极氧化法、溶胶-凝胶法、水热合成法、模板法等，现分述于下：

2.1.1 阳极氧化法