一．课题研究的背景和意义

随着我国纺织印染工业的迅猛发展，染料废水已成为了当今最主要的水污染源之一。这些废水主要来自于印染加工中的染色、印花及整理工序，具有量大、浓度高、色度高及成分复杂等特点。染料废水中含有多种具有生物毒性及致癌性物质，同时还含有多种难降解的有害物质，其中有机污染物危害最为严重，而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。若直接排入水体，会严重影响水的透光性及水生生物的生长，且极易导致水体富营养化，破坏水体生态平衡。甲基蓝是一种可用于麻、丝、纸、竹、木、细菌等方而的很普遍的染料，生产过程中废水未经处理排入水体会造成严重的水污染。

其中我国染料废水排放量大，染料种类多，成分杂，色度高已经成为水污染现象中不可忽视的重要污染。目前，光催化剂降解有机物已经成为一种理想的环境污染治理的方法^[1]-[2]。目前，常见的染料废水处理方法主要包括光催化氧化法、电化学法、膜分离法、絮凝沉降法等。这其中，光催化氧化法应用较为广泛。在光照条件下，通过添加合适的光催化，使有害物质降解是种经济、高效的染料废水处理方法。因此，光催化降解料废水成为近年来研究的热门课题。半导体光催化技术是一种新型的环境污染物削减技术，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，具有广阔的发展潜力和应用前景。尤其是TiO₂作为光催化剂，能够有效催化、降解水体中的染料污染物，具有化学稳定性高、催化活性好、对人体无害、成本较低、反应条件温和、选择性小等优点，在难降解污染物的处理方面得到了广泛应用^[3]。

二 二氧化钛的研究进展

2.1 半导体光催化

光催化反应过程是指在光照条件下，光催化剂自身不发生变化，却可以将光能转化为学能进而促进化合物产生或分解的过程，自然界中最具有代表性的例子为植物的”光合作用”。光催化剂中目前研究和应用最广泛的是半导体光催化剂，半导体是一种导电性介于导体与绝缘体的材料，其电子能带结构由被价电子占据的价带和未被电子占满的导带构成，相邻导带与价带之间的空隙代表电子不能占据的能量状态，称为禁带^[4]。半导体的能带结构影响着材料对光的吸收以及光催化性能当能量大于半导体禁带宽度的光子辐射光催化剂时，位于价带的电子（e^-）受激发跃迁至导带上，同时在价带上产生了空穴（h ）。光生电子具有还原性，光生空穴具有氧化性，这光生载流子可迁移至催化剂表面参与催化氧化还原反应（如图2.1所示），另一方面，光生电子和空穴也会被催化剂体相或表面的缺陷位点捕获，之后重新复合放出子或热量^[5]。由于光生载流子的快速复合，降低了的寿命，进而限制了光能-化学能转换效率。

图2.1半导体光催化反应机理

2.2 二氧化钛光催化剂

在众多半导体光催化剂中，TiO₂由于具有廉价无毒、储量丰富、理化性质稳定、光催化活性高等优异性能，而被大量研究应用于水裂解产氢^[6]、CO₂光催化还原^[7]、污水治理^[8]、染色脱色^[9]等领域。TiO₂在自然界中主要以金红石相(正方品系)、锐钛矿相(正方晶)、板钛矿相(斜方晶)和B相TiO₂^[10]等几种晶型存在，几种品型的稳定性主要受温度的影响。