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MOFs光催化技术处理工业废水

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陈旋张迎

【摘要】光催化技术被认为是解决环境污染和能源短缺的有效途径。金属有机骨架材料（Metal-Organicframeworks，MOFs）具有较大的比表面积，可调节的理化性质，结构稳定等优异的性能特点被广泛应用于各种气体储备、化学分离、光催化、仿生学等工业领域。本文综述了金属有机骨架材料光催化处理工业废水的研究进展，为日益严重的环境问题提供了新的解决方法。

【关键词】光催化;MOFs;工业废水

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.24.

随着水污染和水资源短缺的日益严重，开发和利用绿色、高效、稳定的污水处理技术成为人类研究的重要课题。其中，太阳能作为一种清洁、廉价、丰富的自然能源受到研究人员的广泛关注。1972年，日本著名学者fujishima和fuhonda分别利用先进的高能半导体发光材料TiO2成功地将源于太阳能的光能转换为氢能，这一项具有重要里程碑历史意义的研究工作正式开启了光催化新技术时代。光催化氧化技术的一个核心概念是半導体材料利用光来催化氧化还原物。金属有机骨架材料（metal-organicframeworks，MOFs）是一类由多种金属原子核心和有机配体组合构成的一类多孔晶体结构的材料。与其他几种传统的光催化剂材料相比，MOFs光催化材料具有有序的孔道结构，可以调节的壳体孔道尺寸，可以修饰壳体骨架等特殊功能。这些技术特征都将使得MOFs材料有望成为最有潜力和发展前景的光催化材料。

1、光催化技术处理工业废水研究现状

1.1光催化技术

随着当代我国先进现代机械工业的快速发展，环境污染问题和一个全球性的能源危机问题已经逐渐发展成为了严重限制整个人类社会生存与社会发展的一个重要的社会性问题[1]。采用高效，绿色的方法进行环境修复和能源生产已成为当务之急。光催化技术最早出现在1972年，是由fujishima和uthonda将入射光线照射到TiO2的表面上时，当中的水被光催化降解掉并释放出H2时被发现的[2]。作为一种新的、有效的绿色技术，光催化技术可以通过利用太阳光有效地清洁和消除环境中的各种有毒、有害的有机污染物。因此，半导体光催化工艺技术已经被广泛地视为解决太阳能资源和环保等问题的一种有效方法。半导体光催化剂是指在光的照射下，可以降低反应物发生反应所需要的活化能加速反应进行的速率而本身不发生改变的一类半导体物质。半导体光催化剂可以将接收到的光能转化为反应所需要的化学能。一般来说光催化剂多为半导体材料，它有不同于金属和绝缘体类材料的原子结构，它们的最外层电子既不像金属受原子核的束缚力那样弱，容易挣脱原子核的束缚;也不像绝缘体受原子核束缚力那样强，难以成为自由电子。这使得半导体材料具有独特的能带结构（不连续的空能级区域），包括充满电子的低能价带（ValenceBand，VB）与缺失电子的高能导带（ConductionBand，CB），价带到导带之间存在没有可供固体因光激发产生的电子空穴对再结合的空能级区域称为禁带（ForbiddenBand）。能级区域的大小叫做禁带宽度（BandGap）。半导体材料受到合适波长的光照射之后，价带上的电子受到激发，从价带跃迁到导带，产生光生电子（e-）和空穴（h+），光生电子可以从材料的内部迁移到半导体表面，由于电子具有还原性，可以被吸附在材料表面的溶解氧俘获形成超氧自由基，超氧自由基可以进一步与水分子相互作用得到·OH;空穴具有氧化性，与吸附在材料表面的氢氧根离子和水作用形成羟基自由基。超氧自由基和羟基自由基具有很强的氧化性，能将含有染料、抗生素、苯酚等有毒有害的污染物分解为无毒小分子或者最终生成CO2与H2O[3]。光催化机理图如图1-1所示：

1.2光催化技术在工业废水处理中的应用

来自各行各业人为活动的废水和排放物正在危害我们的生物圈。主要威胁在于湖泊，池塘，河流，海洋等水生生物。纺织，造纸，纸浆，化学制品，肥料，农药，金属镀层，电池，食品加工，炼油厂和制药业，对我们周围的陆地和水体造成了严重的污染。随着当代我国先进现代机械工业的快速发展，环境污染问题和一个全球性的能源危机问题已经逐渐发展成为了严重限制整个人类社会生存与社会发展的一个重要的社会性问题[1]。采用高效，绿色的方法进行环境修复和能源生产已成为当务之急。光催化技术最早出现在1972年，是由fujishima和uthonda将入射光线照射到TiO2的表面上时，当中的水被光催化降解掉并释放出H2时被发现的[2]。作为一种新的、有效的绿色技术，光催化技术可以通过利用太阳光有效地清洁和消除环境中的各种有毒、有害的有机污染物。因此，半导体光催化工艺技术已经被广泛地视为解决太阳能资源和环保等问题的一种有效方法。

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