对于今后的发展方向，可以从以下几个大的方面来考虑。

4.6.2.1 扩展纳米TiO2可利用的光谱范围

使TiO₂可利用的光谱范围产生红移，以利用太阳光，也将是今后发展的重要方向，如光敏化等。有些文献从材料的角度来考虑，根据异质结构的工作原理，将两种禁带宽度不同的半导体粒子耦合成一个异质结构，一边为能隙较大的半导体，一边为能隙较小的半导体。能隙较小的半导体可利用阳光中波长较长的光产生电子-空穴对，利用外加的电场使电子输送到能隙较小的半导体的导带上，而空穴将移到带隙较大的半导体的价带上，从而起到分离电子空穴对的作用，延长光生载流子的寿命，提高反应效率。另外，根据TiO₂等半导体材料禁带较宽的结构特点，在光催化剂的禁带内引入中间能级，使价带中的电子接受波长较长的光的激发后首先进入中间能级，如果能够设法延长中间能级上载流子的寿命，它将有可能再一次吸收光子的能量跃迁到导带，产生氧化还原能力较强的电子-空穴对，这样，就可以大大扩散光谱的利用范围。

4.6.2.2 催化剂的固定化技术

悬浮态的TiO₂光催化降解虽然光解效率高，但出于TiO₂粉末颗粒细小，回收困难，易造成流失。因而，现在已有许多研究将TiO₂制成膜，负载于玻璃、硅片、空心球以及沙子等载体上。虽然损失了光解效率，但为实际应用提供了可能。提高膜的光解效率及强度、耐冲击性将是以后应该努力发展的方向。在提高膜的活性方面，可以考虑TiO₂与载体间的相互作用，如以P型Si为载体时，TiO₂在光照下产生的载流子中，电子将进入载体，从而有效地将电子-空穴对加以分离，使空穴在膜表面存留的时间得以延长，提高反应的概率。

日前，国内外学者对TiO2低温结晶展开了积极的研究，传统的TiO₂结晶需要在400℃左右的温度下进行烧结，高温烧结不仅会使TiO₂的光催化活性降低且对载体有高选择性。而低于150℃的低温结晶使TiO₂在塑料等有机载体上的附着成为可能。如果通过低温负载，能将TiO₂有效地负载到有机填料上，与其他水处理工艺联用，无疑将会比水力负荷低，占地面积大的传统太阳光反应器拥有更广泛的应用前景。

4.6.2.3高效大型光催化反应器的设计

对于要利用太阳能的光催化反应器，既要求透光性好，运行方便简单，又要求材料廉价易得。在由实验室小型反应系统向工业化阶段发展时期，开发高效廉价大型的反应体系，也将是今后要重点进行的工作。

4.6.2.4提高TiO₂的光催化效率

TiO₂较低的光催化效率是限制其发展的一个重要因素。从光催化机理来看，抑制光生载流子的复合是提高光催化效率的关键。Kvinodgopal等通过将SnO₂和TiO₂耦合制成多孔膜，作为光电化学反应器的电极，SnO₂和TiO₂禁带宽度不同，SnO₂导带的电位比TiO₂的低，而价带电位比TiO₂的高，使TiO₂的光生电子传输到SnO₂的导带，而SnO₂的光生空穴将陷于TiO₂的价带中，从而有效地抑制了光生载流子的复合，提高了光催化分解偶氮染料的效率。

研究表明，采用超声波辅助的方法可以改善光催化反应性能。将超声波引用到光催化当中可以延缓载流子复合、提高·OH等自由基的产率、减少催化剂表面污染物的吸附，因而提高了光催化活性，是近年来研究的热点之一。

4.6.2.5探寻新的光催化分解对象——有机生物体

近几年，已有许多专家把TiO₂光催化研究领域推广到生物有机体的范畴，探讨如何摧毁细胞组织、细胞间膜和细胞膜。这一领域研究的意义不仅在于寻找新类型的光催化分解污染对象(如细菌、病毒、藻类等有机生物体)，还可能对杀灭癌细胞(包括艾滋病毒)的研究探索出新的方法。

4.6.2.6与其他水处理技术联用，获取最佳的处理效果

多项单元技术的优化组合是当今水处理领域的发展方向。在加深对光催化氧化技术认识的基础上，与其他技术的配合，将会开拓更广阔的应用前景。

影响光催化应用前景的主要问题之一是悬浮态催化剂从水体中分离和回收问题，因为传统固液分离技术(絮凝、沉淀)很难将其分离。许多研究者采用将催化剂固定在载体上来解决这个问题，但催化剂固定极大降低了反应效率。因此，近年来将光催化氧化法和新型膜分离技术进行耦合的工艺逐渐成为国内外研究的热点。例如选用光催化/超滤耦合技术处理含偶氮染料直接耐酸大红4BS的模拟废水，利用膜优良的分离能力，成功地分离TiO₂和水，分离效果彻底，光催化剂流失少，能维持光催化反应器中催化剂的量，而且产生了耦合效应，大大提高了膜的抗污染性和使用寿命。

4.6.2.7前景展望

众多研究证明，太阳光催化氧化技术对于天然有机物、难生物降解有机物、农药、微生物等有着良好的处理效果，其接触时间短，反应彻底。然而由于普遍存在效率低、费用高、装置复杂等问题，限制了该技术在实际水处理中的应用与推广。虽然太阳光反应器对光线要求的特殊性使之往往需要巨大的表面积，但由于其采用化学氧化的方法降解污染物，理论上，只要催化活性提高，反应时间尽量缩短，完全可以适应工业规模的要求。综合考虑，在阳光资源丰富的地区，太阳光催化氧化技术无疑是一个适宜的饮用水处理和污水预处理的工艺。

文章来源：《水处理新技术、新工艺与设备》

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