２０１０年第２期 山东纺织科技 ・４９・
ＴｉＯ２光催化降解染料废水的研究进展
李先学，陈彰旭，沈高扬，陈国强
（莆田学院，福建莆田３５１１００）
摘 要：文章综述了ＴｉＯ。光催化降解染料废水的研究现状和机理，并详细介绍了降解溶液ｐＨ值、
催化剂用量、掺杂物质浓度、煅烧温度以及超声波等因素对降解效果的影响。最后对ＴｉＯｚ光催化降解
染料废水的应用前景进行了展望。
关键词：光催化；ＴｉＯ ；染料；降解
中图分类号：Ｘ７０３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９～３０２８（２０１０）０２—００４９—０４
随着染料合成、印染等工业废水的不断排放
和各种染料的不断使用，进入环境的染料数量和
收稿日期：２０１０—０２—０１ 作者简介：李先学（１９７７一），男，山东淄博人，副教授。
０．７５ ｍＮ，也就是只有２２ ｍ以上的不锈钢单纤
维，可以对人的皮肤产生刺痒感。而直径２０ Ｆｍ
以上的不锈钢纤维柔曲性差，无法进行纺纱加工，
不锈钢短纤维的纺纱是在棉纺设备上进行的，采
用的不锈钢短纤维直径都小于１２ ｍ，所以，纺织
用不锈钢纤维不会产生刺痒。
６ 结束语
不锈钢纤维是一种新型纺织用纤维。一般用
于特种行业中，多数情况下是以混纺纱或包覆纱
进行生产和使用，能够很好地改善纺织纤维的导
电能力、抗辐射能力等。同时，纤维的轴向压缩试
验证明，纺织用不锈钢纤维通常不会对人体皮肤 种类不断增加，染料造成的环境污染日趋严重。
据统计全世界大约１５ 的染料在生产过程中被
排放到废水中而且这些有色废水在环境中又会通
过氧化、水解以及其它化学反应生成有毒的副产
物，采用传统的物理、生化或化学氧化法处理此类
产生刺痒感。
参考文献：
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Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ Ｓｔｅｅｌ Ｆｉ ｂｒｅｓ ｉｎ Ａｘｉａｌ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ
ＣＨＥＮＧ Ｘｉａｎ—ｘｉ ．ＺＨＡＮＧ Ｈｏｎｇ—ｔｉｎｇ ’。
（１．Ｊｉｎａｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｊｉｎａｎ ２５０２００，Ｃｈｉｎａ＋ ２．Ｄｏｎｇｈｕａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０１６２０，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｓｔａｉｎｌｅｓｓ ｓｔｅｅｌ ｆｉｂｒｅｓ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ
ａｘｉａｌ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｓｔａｉｎｌｅｓｓ ｓｔｅｅｌ ｆｉｂｒｅ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｓｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．Ｉｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ
ｔｈｅ ｆｉｂｒｅ ｂｅｌｏｗ １ ２ Ｆｍ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｂｙ ｃｏｌｌｅｃｔｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ ｗｉｌｌ ｎｏｔ ｐｒｏｄｕｃｅ ｓｃｒａｔｃｈｎｅｓｓ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｈｕｍａｎ
ｓｋｉｎ，ｆｕｌｌｙ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｅｘｔｉｌｅ ｓｅｒｖｉｃｅａｂｉｌｉｔｙ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｔａｉｎｌｅｓｓ ｓｔｅｅ１ ｆｉｂｒｅｓ；ａｘｉａｌ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ；ｐｒｏｐｅｒｔｙ；ｓｃｒａｔｃｈｉ
ｎｅｓｓ ．５０． 山东纺织科技 ２０１０年第２期
废水普遍存在处理周期长、降解速率低等问题，因
此如何有效降解染料废水已成为环境学科研究的
热点问题。
光催化氧化处理有机污染物具有方法简便，
不产生二次污染物，适用范围广等特点，是一种很
有发展潜力和应用前景的技术。目前ＴｉＯ 光催
化技术已广泛用于降解有机污染物，本文主要针
对染料废水，对近年来国内外ＴｉＯ 光催化降解染
料废水的研究现状与发展动态进行了综述。
１光催化氧化的机理
光催化是指在光催化剂的存在下发生的光诱
导反应。光催化剂多为金属氧化物或硫化物，如：
ＴｉＯ２、ＺｎＯ、ＳｎＯ２、ａ—Ｆｅ２ Ｏ３、ＷＯ３、ＳｒＴｉＯ３、ＮｉＯ、
ＰｂＳ、ＣｄＳ、Ｓｉｏ２、ＺｎＳ、Ｃｕ２Ｏ等（这些材料的共同
特点是在充满电子的低能价带和空的高能导带之
间存在一个禁带）。其中ＴｉＯ。以其无毒、催化活
性高、氧化能力强、稳定性好、易于制备和使用等
特点最为常用。光催化基本原理是指光催化剂受
到大于禁带宽度能量的光子照射后，发生电子跃
迁，生成光生电子（ｅ一）和空穴对（ｈ ），光生电子
具有很强的还原能力，可以还原去除水中的金属
离子，而空穴具有极强的氧化性，可对吸附于其表
面的污染物进行直接或间接的氧化降解，此外，空
穴还可以氧化Ｈ。Ｏ和ＯＨ一生成反应性极高的羟
基自由基（・ＯＨ），・ＯＨ是一种强氧化剂（氧化
还原电位为＋２．８Ｖ），它可以将大多数有机染料
氧化为可矿化的最终产物。以ＴｉＯｚ为例，光催化
反应机理可用以下各式表示：
ＴｉＯ２ ４－ｈｖ（ＵＶ）— ＴｉＯ２（ｅ一４－ｈ ）
ＴｉＯ２（ｈ ）４－ＨｚＯ—Ｔｉｏ２＋Ｈ２ｏ＋・ＯＨ
ＴｉＯ，（ｈ ）４－ＯＨ一一ＴｉＯ２４－・ＯＨ
有机染料＋・０Ｈ一降解产物
有机染料４－ｈ 一氧化产物
有机染料４－ｅ一一还原产物
式中ｈｖ是将ＴｉＯ 的电子从价带激发到导带
的光子能量。
２染料废水的特点
染料分子成分大多是芳烃和杂环化合物，其
中除了带有各类显色基团（如一Ｎ—Ｎ一，一Ｎ— Ｏ，一ＮＯｚ等）以及极性基团（一ＳＯ。Ｎａ，～ＯＨ，一
ＮＨｚ）以外，还可能混有各类卤代物、苯胺、酚类
及各种助剂，它具有水量大、有机毒物含量高、成
分复杂、色度高等特点。另外，染料废水化学需氧
量（ＣＯＤ）较高，而生化需氧量（ＢＯＤ）相对较小，
可生化性差。
３光催化降解染料废水的影响因素
３．１降解溶液ｐＨ值的影响
降解溶液ｐＨ值对光催化效果的影响机理很
复杂，主要体现在以下三方面：（１）降解溶液ｐＨ
值的变化将影响染料分子在ＴｉＯ 表面的吸附；
（２）羟基自由基（・ＯＨ）在碱性条件下容易生成；
（３）在酸性溶液中，ＴｉＯｚ容易发生团聚造成颗粒
比表面积降低，从而最终导致其表面吸附染料分
子的能力降低。
表１对不同染料在光催化反应中所适用的最
佳ｐＨ值进行了总结。
表１ 降解溶液ｐＨ值对光催化降解染料的影响
３．２催化剂用量的影响
研究表明，在Ｔｉ０。光催化降解偶氮染料系统
中，光催化的初始速率随催化剂用量的增加而增
大，而催化剂用量过大时会阻碍光在体系中的投
射，因而存在最佳用量。表２对不同染料所适用
的最佳催化剂用量进行了总结。
３．３掺杂物质浓度的影响
研究表明，少量的掺杂物质有助于提高光催
化效率，而且掺杂物质浓度通常也存在一个最佳
值。如果掺杂浓度过高，则沉积在Ｔｉ
Ｏ 颗粒表面 ２０１０年第２期 山东纺织科技 ・５１・
的掺杂物质越多，它们将阻碍ＴｉＯ。颗粒对光的吸
收，从而导致催化效率降低。
表２ Ｔｉ 光催化剂用量对光催化降解染料的影响
Ｌｉ等研究了掺杂碱土金属对Ｔｉｏ。光催化活
性的影响，结果表明掺杂碱土金属后ＴｉＯ。光催化
活性明显提高，作者认为原因主要有两方面：（１）
沉积在ＴｉＯ。颗粒表面的掺杂物质会形成空间电
荷层，阻碍了光生电子（ｅ一）和空穴对（ｈ ）的结
合，从而可以生成更多的ｅ一和ｈ ，有利于光催化
反应的进行；（２）少量杂质元素的掺入易导致晶格
畸变，从而生成晶格缺陷，这些缺陷的存在对
ＴｉＯｚ光催化活性起着重要作用。表３对不同掺
杂物质的最佳浓度进行了总结。
表３掺杂物质浓度对光催化降解染料的影响
３．４煅烧温度的影响
制备光催化剂ＴｉＯ 时所采用煅烧温度的高
低对光催化剂的催化性能也具有显著影响。Ｙｕ
采用掺氮ＴｉＯｚ纳米催化剂降解甲基蓝，研究了催
化剂的煅烧温度对其催化效率的影响。结果表
明，催化剂的催化活性在５００℃时达最大值，因为 在此温度下锐钛矿型 Ｏ。完全晶化（超过５００℃
后，锐钛矿型Ｔｉｏｚ变成金红石型，而金红石型
ＴｉＯ。催化活性较低）。Ｌｉｕ研究结果也表明，对于
掺锌ＴｉＯ 催化剂，其催化活性在５００℃时达最大
值，可有效降解若丹明Ｂ。而Ｓｕｎ在采用Ｓｎ／
ＴｉＯ。／ＡＣ催化剂降解橙Ｇ时却发现煅烧温度为
５５０。Ｃ时所得催化剂催化活性最佳，此时的ＸＲＤ
结果表明样品中含有锐钛矿型ＴｉＯ 和金红石型
ＴｉＯ。两种晶型。
而且现已发现具有高光催化活性的Ｔｉ０：多
数为锐钛矿型和金红石型的混合物，这种混合物
具有高活性的原因可能是因为在锐钛矿型晶体的
表面生长了薄的金红石型结晶层，能有效地促进
光生电子一空穴的分离。Ｃｈｅｎ研究结果也证实
了这一结论，他们采用掺钾ＴｉＯｚ催化剂降解分散
蓝时发现煅烧温度为７００℃时所得催化剂（为锐
钛矿型和金红石型的混合物）催化活性最佳。
３．５超声波的影响
虽然光催化氧化能将染料分子降解矿化为无
毒的小分子化合物，但是光生电子～空穴易复合、
太阳能利用率低、反应速率慢等缺点仍是尚未很
好解决的问题，为此人们尝试通过超声波等技术
辅助光催化氧化，并且已取得了不错的效果。
从近几年国内外的研究成果看，超声辅助光
催化氧化能明显提高光催化氧化效果，超声波辐
射和光催化之间存在着良好的协同效应。Ｎ￣ｓｔｏｒ
等采用超声波辅助ＴｉＯ 光催化对刚果红和甲基
橙进行降解时发现，当超声波功率为８Ｏ ｗ时，超
声波与光催化存在协同效应，比单独采用Ｔｉ０。光
催化时的降解效率明显提高。Ａｎｔｏｎｉａ等采用超
声波辅助ＴｉＯ。光催化技术对碱性品蓝９工业染
料的降解效果进行了研究。结果也发现超声波辅
助ＴｉＯｚ光催化的降解效率比单独采用光催化和
超声波时都有明显提高。此外，Ｗａｎｇ等人的研
究结果也证实在超声波辅助下，大大提高了光催
化氧化污染物的矿化效率。
马春莹等对超声波和紫外光协同降解酸性橙
水溶液的机理进行了研究。作者认为，在超声空
化过程中，羟基自由基与酸性橙分子发生反应的
同时，还会互相结合生成过氧化氢，这对光催化降
解是不利的。而当紫外光和超声共同辐照时，紫
外光可以将过氧化氢裂解为羟基自由基（Ｈ Ｏ ＋
ｈｖ（ＵＶ）一・ＯＨ＋・ＯＨ），使得溶液内羟基自由