文 献 综 述

1.引言

我国是一个淡水资源缺乏的国家，人均拥有量只有世界的1/4，居世界110位。随着人口急剧增长和工业迅猛发展，水资源状况越来越糟糕，水危机也越来越严重。这一方面是由于人类对水资源的需求扩大，另一方面也是水污染不断蚕食可供消费的水资源的结果。近年来，随着大量难降解有机物的出现，污水处理难度也大大增加。这些废水中通常含有大量的卤代烃类、多氯联苯、多环芳烃类等，具有污染物浓度高、毒性大和#8220;三致#8221;（致癌、致畸、致突变）的特点，这些废水采用普通的处理方法不能有效去除有机污染物并且可能导致二次污染[1]。因此，对难降解有机废水的处理成为水污染控制领域的热点课题，研究新型高效的难降解废水处理技术有着重要的意义。

2.光催化剂及其催化氧化机理

光催化氧化法开始于20世纪70年代，在TiO2的单电极上，采用光照完成了水的分解反应，这引起了大家对光催化反应的兴趣。和传统方法相比，半导体光催化剂能够有效去除废水中的有机污染物，光生电子空穴与吸附在催化剂表面的H2O和#183;OH反应形成羟基自由基（#183;OH），或者导带上的电子与催化剂吸附的O2反应形成超氧离子自由基(#183;O2)和#183;OOH自由基，这都是氧化性很强的活性自由基，能无选择的将水体中的有机物彻底氧化成CO2、H2O及各种相应的无机离子，从而不需要添加化学氧化剂就能实现无害化。并且，光催化氧化过程可以在常温下进行，从而降低污水的处理成本[2]。在半导体中，ZnO和TiO2因为无毒，降解效率高，反应速度快，以及价廉等优点，得到了广泛的研究。虽然TiO2被认为是最有效的光催化剂，但是ZnO因为具有相似的禁带宽度又价廉，并且在一些有机物降解中表现出更高的催化活性[3]，从而引起了更多人的研究。

3.ZnO光催化剂

ZnO是一种宽禁带直接带隙II-VI族半导体材料,室温下其禁带宽度为3.37ev(GaN的3.39eV),与其他传统的半导体材料,如与Si,GaAS,CdS,GaN相比,具有以下三大优点:(1)激子束缚能高达60mev(为25mev),远远高于室温热离化能(26mev)，所以在室温下也有比较高的激子浓度,发光效率高,耗能低,工作温度高,是理想的发光器件材料；(2)击穿强度和饱和电子迁移速率高,是理想的高温高能高速电子器件材料；(3)抗辐射损伤能力强,是潜在的空间应用材料[4]。

早在二十世纪五六十年代，就有人研究ZnO的光催化作用，主要是一些光氧化反应，如：由氧气制备臭氧，由氧气和水制备双氧水等。在1975年时，David S.Hacker等人[5]在浆态反应器中用ZnO悬浮液光催化降解亚甲基蓝水溶液。而后，1985年，Massimo Barbeni等人[6]研究了ZnO悬浮液光催化降解五氯酚水溶液。这些研究都表明，ZnO是一种降解染料和有机污染物的有效的光催化剂。在1995年，Shama等人[7]对三苯甲烷类染料和偶氮染料在ZnO悬浮溶液中的脱色进行了研究，并且对pH值，染料初始浓度，ZnO光催化剂加入量，光强以及ZnO粒子尺寸的条件影响进行了考察。结果表明，随着pH值增大，染料初始浓度降低，ZnO光催化剂加入量的增大，光强增加和ZnO粒子尺寸减小，都能够加快反应速率。同时，也有很多研究将ZnO和TiO2等光催化剂进行比较。在1999年，Poulios等人[8]对TiO2 P-25(金红石/锐钛矿=3.6/1，比表面积为56m2 #183; g-1)、TiO2 UV-100(150m2#183;g-1)、ZnO(10m2#183;g-1)和TiO2/WO3(88m2#183;g-1)等多种光催化剂对纺织品染料活性黑5的降解效果，结果发现，ZnO的比表面积虽然与TiO2 UV-100比较，确实小很多，但却具有相似的高催化活性，对活性黑5的降解能力远远超过TiO2 P-25和TiO2/WO3。

总的来说，目前,对于ZnO 光催化研究主要集中在催化过程中的反应参数的影响研究及ZnO 掺杂后光催化性能的研究[ 9] , 而对于光催化过程中的动力学研究比较少。 光催化降解动力学的研究对控制反应进程、掌握最佳的操作条件及反应器的设计具有指导意义。同时，虽然有些研究者在光催化反应动力学方面做了一些工作 , 但由于光催化反应过程的复杂性, 不同研究者考虑的体系和对象不一样, 所得结果有差异。 深入研究光催化反应过程动力学规律, 对丰富光催化过程的基础理论和实际应用具有重要意义。[10]

4. 染料废水的光催化降解