光催化法去除有机物污染物中反应条件的优化探究

林雪瑜

（深圳市水务工程检测有限公司，广东 深圳 518055）

摘  要：研究聚焦纳米TiO,光催化体系，以亚甲基蓝(MB)为模型污染物，系统探究了反应条件与共存离子的优化机制。结果表明,催化剂投加量存在“活性位点增加-光遮蔽效应”的竞争平衡，6g/L为最优剂量，过量则因团聚与光散射导致降解效率下降;溶液pH通过双重路径调控动力学,暗吸附阶段pH=2时H*促进离子交换，而光催化阶段弱酸性环境最利于·OH自由基生成，其适度质子化可平衡吸附能力与催化剂分散稳定性;共存离子干扰强度呈阴离子＞多价阳离子>单价阳离子序列，其中CO²⁺因强自由基清除作用使降解率降低13.42%,Ca²^－通过沉淀覆盖活性位点显著抑制反应,Fe²⁺则因协同氧化提升效率。优化条件确认为TiO₂投加量6g/L、pH=6,并需规避高破酸盐/钙硬度水质。研究为光催化技术工程化应用提供了关键参数支撑，未来需深入探究实际废水基质千扰机制，开发抗离子抑制的改性催化剂，优化反应器设计并开展全生命周期经济性评估。

关键词：光催化;TiO₂;有机污染物

0 引言

水资源的纯净度直接关系生态安全和人类健康，而工业有机污染物排放对水体的威胁日益严峻。纺织工业作为典型污染源，其染色、印花等工序产生的废水占全球工业废水的20%，年均排放量逾百万吨，其中约30%未经有效处理即排人环境。染料废水含有大量偶氮结构及芳香族化合物，具有强致突变性和神经毒性。尽管染料在水体中的浓度常<1mg/L,但其显著抑制水生光合作用，并通过食物链富集引发人体器官损伤(如肝肾功能障碍、呼吸系统病变)。更严峻的是，染料的高水溶性与化学稳定性导致常规生物降解效率低下,每年超10万吨染料进入自然环境，形成难以消除的累积性污染。因此，开发高效、绿色的染料废水处理技术已成为环境工程领域的迫切需求。

针对上述挑战，传统处理技术存在显著局限：生物法易受废水毒性抑制（如未稀释氨氨浓度>1197mg/L时显著抑制藻类活性)，且需多次稀释增加成本；化学沉淀法产生高量污泥及二次污染；膜过滤技术虽能高效分离污染物，却面临膜污染严重和商业规模应用成本高昂的问题。相较之下，半导体光催化技术凭借其深度矿化能力展现出独特优势。其中，金红石型TiO₂因具有适宜带隙（～3.0eV)，可在紫外光激发下产生强氧化性空穴，将有机污染物彻底分解为CO₂和H₂O,无二次污染风险。研究表明，TiO₂对纺织废水中的有机染料及酚类污染物降解率>90%。然而,光催化效率受催化剂结构特征（如粒径、晶相)、反应条件（pH、光源强度）及催化剂添加量等多参数协同影响，目前缺乏对上述过程参数的系统性优化研究。本文聚焦TiO₂基光催化体系，深入探究反应条件和杂离子的干扰对有机污染物降解动力学的作用机制，为推进该技术的工程化应用提供理论支撑。

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