随着水污染情况的日益加重，对污染水体的治理已经越来越受到全球范围的关注，成为环保领域的一个重要课题，目前许多国家和地区的地表水及地下水均受到不同程度的污染。水体的污染物来源于各个领域，仅仅地面水体中检出的有机物达到2221种，其中具有致癌、致畸的达数百种之多。

光催化氧化技术与传统的污水处理技术相比能够对多种污染物进行去除，且不存在二次污染。该技术在常规条件下即可实现，能耗低、反应快、操作简、处理效率高。近些年来，对于光催化氧化技术的研究成为一个热门方向，研究表明其可应用于处理生活废水、农业废水及工业废水，也可用于消毒。

1、光催化技术机理

    光催化氧化技术是利用半导体作催化剂，通常有TiO₂、ZnO、WO₃、CdS、ZnS和SnO₂等。当催化剂接受一定能量的光照时，价带中的电子被激发到导带，价带产生空穴。电子和空穴分别具有还原性和氧化性，将周围水和氧气激发为更具活性的离子基，从而破坏有机物结构。以TiO₂为例，光催化氧化的反应通式如下：

TiO₂+hv →TiO₂（e-+ h⁺）

TiO₂（h⁺） + H₂Oad → TiO₂+·OHad + H⁺

式中e-—晶体表面的电子；h+—晶体表面的空穴。

2、光催化技术的应用现状

2.1有机物污染废水治理的应用

    光催化氧化技术可以有效的去除多种有机污染物，经过众多科学工作者的研究，该技术可有效的处理以下有机废水。

（1）染料废水

    印染工业过程中流失的染料占全部染料产量的15%，是工业废水的主要污染源之一。染料废水中具代表性的有机染料甲基橙、亚甲基蓝分别属于难降解的醌式和蒽式物质。用Ag改性的TiO₂膜片处理溶液，在紫外光下对甲基橙的脱色率可达71%，在可见光下对亚甲基蓝的脱色率可达98%。TiO₂-Cu₂O复合膜，在最佳条件下，当降解时间为12h，降解亚甲基蓝的效率可到到75%。

（2）表面活性剂废水

    表面活性剂被广泛的应用于洗涤剂、造纸业、医药也及各种精细化工等领域。表面活性剂是兼具亲油性和亲水性的有机物，极易残留在水中，可对水生物产生比较强的毒性。日常生活中使用的表面活性剂SDBS在自然状况下分解一般需几周甚至数月。使用锐钛矿型、金红石型和铂金-金红石型TiO₂对SDBS光催化分解，在光照8h时效率分别可达到92.95%、72.43%、86.51%。

（3）制药废水

    制药废水具有种类多、有机污染严重等特点，传统的物理处理方法不能从根本上去除污染物，而化学和生物方法又无法应对废水中污染物的多样性。相比之下，光催化氧化以其可降解多种有机物、无二次污染、操作简单等突出优点而受到重视。研究发现，掺铁纳米TiO₂在紫外光照射下，降解制药废水的效率在60%以上。

（4）有机农药废水

    造成污染的农药废水中主要含：有机磷农药、三氯苯氧乙酸、DDVP、DTHP、DDT、三氮硝基甲烷等。这些有机物毒性较大，难以降解。目前使用的处理方法主要是生化法，但处理费用高，且效果不理想。

    近些年来，随着对光催化氧化技术研究的深入，发现其对降解农药废水有较好的效果。研究表明，TiO₂膜固定化技术可对有机磷敌敌畏农药进行光催化降解；TiO₂/GeO₂复合膜圆形光催化氧化反应器对预处理后的农药废水进行光催化氧化降解，可使出水达到排放标准；光催化氧化可降解敌百虫农药，在一定条件下去除率可达92.50%。

（5）含油废水

    在石油生产过程中，由油田直接抽出的为含水较多的油水混合物，经处理后提取石油，剩余水一部分回灌一部分排出，排出水中仍含有一定量的石油，对水体造成了污染。

    随着石油业的发展，污染日益加重，威胁着人类的健康。含油废水中的油类主要是链烃和芳烃，使用光催化氧化技术可以将这些有机物最终氧化为H₂O、CO₂ 、N₂ 、PO₃^-4、SO₂^-4。W. Gernjak 等研究了太阳光催化TiO₂及太阳光/Fenton 试剂处理橄榄油工厂废水（OMW），取得了良好地降解效果。

2.2 无机污染废水处理的应用

    水体中无机污染物主要有金属离子和氰离子等，它们来源于矿井、电化学工业、钢铁工业等废水。研究表明，使用光催化法对含铬废水进行处理能有效还原Gr（VI）离子，并且在酸性条件下及加入苯酚、葡萄糖时可极大提高铬的去除率。

    一定条件下制备的TiO₂光催化剂在紫外光作用下对Cu²⁺处理效果可达到国家生活饮用水水质标准，农田灌溉水水质标准。同时光催化氧化技术也可去除Cu²⁺、Pb²⁺、Hg²⁺等金属离子，及其他无机离子。

2.3 去除消毒副产物

    随着生活质量的提高，饮用水安全越来越受到人们的重视，消毒副产物是在消毒过程中，消毒剂与饮用水中的一些天然有机物反应生成有害化合物，产物主要有DBPs、卤代酚、卤乙腈、卤代酮等，这些物质虽含量不高，却大多致癌或致突，光催化氧化技术用于处理消毒副产物有一定效果。

    研究表明，用TiO₂薄膜催化剂在低压汞灯照射下去除消毒副产物，能明显提高致癌致突变有机物的光降解速率，尤其以直接光降解能力较差的氯代烷烃类物质最为明显。

2.4 用于消毒

    光催化氧化技术不仅能去除水中的有机物和无机离子，还可以起到灭菌消毒的作用。光催化产生的HO-和水中的活氧物质（O^2-、-OOH、H₂O₂等）共同作用，通过破坏细菌的细胞壁（膜）结构、遗传物质、代谢过程，达到消毒目的。

    据相关研究表明，光催化氧化技术较单纯的紫外线消毒的杀菌效率更高，运行中可降低UV消毒的成本。采用均向沉积法制得一种纳米TiO₂微粒膜材料，在一定条件下用自然光照射进行杀菌性能检测，结果表明该膜材料对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、白色念球菌在30min内的杀菌率均达到90.00%以上，对乙肝病毒的杀灭效果在20min 内达43.42%。