Bi₂S₃/3DOM TiO₂降解苯酚红性能

1.1 研究背景

随着全球性的环境污染和生态破坏，许多有机污染物在水体和土壤中的净化不彻底，严重危害了人类的健康，因此寻求一种安全、清洁的技术来降解有机污染物的需求十分迫切^[1]。酚是一种广泛使用的化工原料，在煤炭气化、炼焦化工、石油化工、木材加工、塑料树脂等生产过程中都会产生含酚废水。由于酚的化学结构稳定，可生化性差，在环境中留存时间长，具有很强的致癌、致畸性，对环境造成了很大危害。目前 ，处理酚类化合物的主要方法有：物理法、化学氧化法、生化法以及光声电等一些辅助处理技术的联用。物理法并不能将污染物彻底去除，存在二次污染问题，需要进一步的后续处理。

最理想的是将污染物变成二氧化碳和水，且其所使用的能源为自然能源。光催化可以将低密度的太阳光能转化为高密度的化学能和电能，而且可以直接利用太阳光降解和矿化水与空气中的各种污染物。半导体光催化技术，由于具有成本低、效率高、易操作及环境友好等特点，能够利用太阳光降解有机污染物，从而成为一种高效可靠的污染物处理方法^[2]。光催化技术是从20世纪70年代逐步发展起来的一门新兴环保技术．它根据半导体氧化物材料在光照下表面能受激活化的特性，达到氧化分解有机物、还原重金属离子、杀灭细菌和消除异味等效果。

1.2半导体光催化机理

根据固体能带理论，半导体的基本能带结构是：存在一系列的满带 ，最上面的满带称为价带(VB)；存在一系列的空带，最下面的空带称为导带(CB)；价带和导带之间称为禁带，因而半导体的能带是不连续的。

当用能量等于或大于禁带宽度(E_g)的光照射时，半导体价带上的电子受光激发跃迁到导带，形成带负电的高活性电子；同时，在价带产生相应带正电的空穴，这样就在半导体内部生成电子(e^-)-空穴(h )对．光生空穴能够与吸附在催化剂表面的OH-或H₂O发生反应生成·OH，它的氧化活性比空穴更高，能够氧化多种有机物并使其矿化。

光激发产生的电子和空穴也可能在半导体内部或表面复合，如果没有适当的电子和空穴俘获剂，储备的能量在几毫秒内就会由于复合而消耗掉，而如果选用适当的俘获剂或表面空 位来俘获电子或空穴，复合就会受到抑制．由上述光催化作用原理分析可知，光催化过程实际上包含氧化反应和还原反应两个过程，分别反映了光生空穴和光生电子的反应性能，同时二者又相互影响、相互制约^[3]。

1.3 半导体光催化技术研究进展