探究光催化技术在水体污染物去除中的应用

姜淑坤　孟祥哲

摘 要：水体污染问题已引起全球范围内的广泛关注，而光催化技术在水体污染物处理方面展现出了愈发显著的应用潜力，本文以石墨相氮化碳（g-C3N4）为例，探究了其在光催化技术领域的研究进展，并选用亚甲基蓝这种典型的染料污染物作为去除对象，分析了光催化技术在水体污染物去除中的应用。

关键词：水污染;光催化;石墨相氮化碳（g-C3N4）;亚甲基蓝

中图分类号：S-3

文献标识码：A

引言

环境污染是人类实现可持续发展的一大制约因素，而水体污染是环境污染中较为严重的一方面。常见的水体污染源包含有机染料和抗生素等，其中有机染料污染来源于纺织业、造纸业和印刷业产生的染料废水，工业常用的染料种类已经超过10万种，部分染料未经过后续处理就直接排放到水体环境中;抗生素被广泛用于治疗人体疾病和预防禽畜细菌性的病害，由于在世界范围内人们不规范地使用抗生素，导致环境中积累了大量的抗生素，如四环素、环丙沙星等，严重危害人类生命安全。

研究人员对水体污染物的去除展开了广泛而深入地研究，其中光催化技术在水体污染物处理方面展现出了巨大的发展潜力。光催化技术能够利用太阳能治理环境污染，将低密度的太阳能转换为高密度的化学能或者直接降解和矿化有机污染物，是一种能够解决能源短缺和环境污染的绿色新技术，具有重大的实际应用潜力。

1 光催化技术的原理

光催化技术是利用半导体材料制作光催化材料，因为半导体材料的导电特性处于导体和绝缘体之间，价带充满电子，导带没有被填充，禁带（带隙）是价带顶部和导带底部之间的区域，不同半导体元素对应不同的带隙能量。太阳光是宽谱光源，光谱覆盖范围较广（如图1所示），对于太阳光的光辐射，价带上的电子受到激发进入导带，转移到半导体納米材料的表面，从而在价带上形成空穴，受到激发的电子则转移到半导体纳米材料的表面。此时，半导体材料产生了电子-空穴对，反应活性高。由于不同元素的半导体能带不一样，同时能带也具有不连续性，因此，半导体材料对某几个波长的光辐射会产生相应的电子-空穴对（称之为光生电子-空穴对），此时电子会迁移到不同能级上，或者扩散到半导体材料表面，与表面物质发生氧化还原反应，生成活性自由基，实现降解有机物大分子，还原重金属离子等效果。光生电子-空穴对能够和O2或OH-发生化学反应，产生活性自由基，如羟基自由基、超氧自由基、双氧水等。活性自由基能够和目标污染物发生化学反应，产生没有毒害没有污染的气体、水或者中间产物，从而实现降解污染物的目的。

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（责任编辑 常阳阳）