① 紫外光催化在污水領域的應用前景以及一些利弊希望內行者回答發表個人觀點，那些到處粘貼者莫來回答
光化學氧化法是在化學氧化和光輻射的共同作用下，使氧化反應在速率和氧化能力上比單獨的化學氧化、輻射有明顯提高的一種水處理技術。光氧化法均以紫外光為輻射源，同時水中需預先投入一定量氧化劑如過氧化氫，臭氧或一些催化劑，如染料、腐殖質等。它對難降解而具有毒性的小分子有機物去除效果極佳，光氧化反應使水中產生許多活性極高的自由基，這些自由基很容易破壞有機物結構。屬於光化學氧化法的如光敏化氧化，光激發氧化，光催化氧化等[6]。
光激發氧化法是以臭氧、過氧化氫、氧和空氣等作為氧化劑，將氧化劑的氧化作用和光化學輻射相結合，可產生氧化能力很強的自由基。紫外—臭氧聯用技術可以氧化臭氧所不能氧化的微污染水中的有機物，如三氯甲烷、六氯苯、四氯化碳、苯，使之變成CO2和H2O，降低水中的致突變物活性，其氧化效果比單獨使用UV和O3要好。但是，紫外—臭氧工藝對有機物或THMs的去除能力還有待進一步探討，而且該工藝費用較高，還不容易推廣應用。
光催化氧化法是在水中加入一定數量的半導體催化劑，它在紫外線輻射下也能產生強氧化能力的自由基，能氧化水中的有機物，常用的催化劑有TiO2。該方法的強氧化性、對作用對象的無選擇性與最終可使有機物完全礦化的特點，使光催化氧化在飲用水深度處理方面具有較好的應用前景。但是TiO2粉末顆粒細微，不便加以回收，同傳統凈水工藝相比，光催化氧化處理費用較高，設備復雜，近期內推廣使用受到限制。光催化氧化投入實際應用所需要解決的主要問題是確定長期運行過程中催化劑中毒情況及尋求理想的再生方法；解決催化劑的分離回收或固定化問題；反應器的設計及提高光能利用率等。可以預見，隨著研究的不斷深入，光催化氧化必將越來越得到重視[7]。
光敏化降解主要的研究對象是水環境中的石油污染物直鏈烷烴。敏化劑能夠從直鏈烷烴的碳原子上奪取氫原子後生成羥基，在氧的作用下使其降解為酮、烯、醛、醇等。這些化合物均比烷烴更加容易被水環境中的微生物所降解。光敏化降解常用的敏化劑是蒽醌[8]。
光化學氧化法目前尚處於研製階段，由於運行成本較大，尚難大規模的在生產中應用，但該項技術發展很快，在生產上的應用將為期不遠。
光觸媒也稱光催化材料，主要是由於光觸媒材料經光線照射後，可能產生活性物質。現光觸媒的主要成份是銳鈦礦型二氧化鈦，要以納米TiO2摻雜某些金屬或金屬氧化物製成。納米二氧化鈦在經光照後吸收能量，其價帶電子被激發到導帶，形成了電子和空穴與吸附於其表面的O2和H2O作用，可以生成超氧化物陰離子自由基。純的二氧化鈦禁帶較寬，價帶電子不易躍遷，可將二氧化鈦摻雜，並減小粉體細度至納米級。這樣可大大提高光催化率。這些自由基具有光觸化分解有害氣體、有機污染物和光催化抗菌的功能，可廣泛應用於空氣凈化和污水處理等領域。
因此，光觸媒可用於抗菌、防污、易潔、空氣凈化、水質凈化等作用。添加光觸媒的材料在光照條件下(尤其是紫外光)可對接觸材料的細菌產生殺滅作用，當環境大氣或水中的污染物，如有機化合物、臭味、氮氧化物、細菌等與光觸媒發出的自由基接觸時，將會被氧化分解，使將環境大氣或水中的污染物降解或礦化。
② 光催化是什麼
光催化，又被稱為光觸媒，是由光和催化劑共同構成的術語。它是一種在光線照射下，自身不會發生改變，卻能夠促進化學反應的材料。光催化材料利用自然界的光能轉化為化學反應所需的能量，從而產生催化效果，促使周圍氧氣及水分子激發成強大的自由負離子。這種催化過程幾乎可以分解所有對人體和環境有害的有機物質及部分無機物，不僅能夠加速化學反應，還能遵循自然界的基本定律，避免資源浪費和額外污染。
現今，光催化材料中的主要成分是二氧化鈦。這種材料因其優異的光催化性能，在眾多領域得到了廣泛應用。例如，在空氣凈化、水處理、抗菌消毒等方面，二氧化鈦都表現出了顯著的效果。它不僅能夠分解空氣中的有害物質，還能凈化水質，抑制細菌生長。
光催化技術的發展，不僅為解決環境問題提供了新的途徑，還為工業生產帶來了諸多便利。例如，在污水處理中，通過光催化反應，可以有效去除水中的有機污染物，提高水質。此外，光催化技術在建築材料領域的應用也日益廣泛，例如，通過在建築外牆塗料中添加光催化材料，可以實現自動清潔，延長建築物的使用壽命。
值得注意的是，盡管光催化材料具有諸多優勢，但在實際應用過程中仍需注意其潛在風險。例如，長時間暴露在光催化材料下可能會對皮膚造成刺激，因此，在使用含有光催化材料的產品時，應做好防護措施。此外，光催化材料的分解過程可能會產生一些副產物，這些副產物的處理也是需要關注的問題。
總的來說，光催化技術作為一種新興的環保技術，為解決環境問題提供了新的思路。未來，隨著科研人員對光催化材料的研究不斷深入，相信光催化技術將在更多領域發揮重要作用。
③ 目前用於環境水處理領域的光催化劑主要種類有哪些
目前用於環境水處理領域的光催化劑主要種類有哪些
深度處理常見的方法有以下幾種。
1.1 活性炭吸附法與離子交換
活性炭是一種多孔性物質，而且易於自動控制，對水量、水質、水溫變化適應性強，因此活性炭吸附法是一種具有廣闊應用前景的污水深度處理技術。活性炭對分子量在派改500～3 000的有機物有十分明顯的去除效果，去除率一般為70%～86.7%[1]，可經濟有效地去除嗅、色度、重金屬、消毒副產物、氯化有機物、農葯、放射性有機物等。
常用的活性炭主要有粉末活性炭（PAC）、顆粒活性炭（GAC）和生物活性碳（BAC）三大類。近年來，國外對PAC的研究較多，已經深入到對各種具體污染物的吸附能力的研究。淄博市引黃供水有限公司根據水肢肆污染的程度，在水處理系統中，投加粉末活性炭去除水中的COD，過濾後水的色度能降底1～2度；臭味降低到0度[2]。GAC在國外水處理中應用較多，處理效果也較穩定，美國環保署（USEPA）飲用水標準的64項有機物指標中，有51項將GAC列為最有效技術[3]。
GAC處理工藝的缺點是基建和執行費用較高，且容易產生亞硝酸鹽等致癌物，突發性污染適應性差。如何進一步降低基建投資和執行費用，降低活性炭再生成本將成為今後的研究重點。BAC可以發揮生化和物化處理的協同作用，從而延長活性炭的工作周期，大大提高處理效率，改善出水水質。不足之處在於活性炭微孔極易被阻塞、進水水質的pH 適用范圍窄、抗沖擊負荷差等。目前，歐洲應用BAC技術的水廠已發展到70個以上，應用最廣泛的是對水進行深度處理[4]。撫順石化分公司石油三廠採用BAC技術，既節省了新鮮水的補充量，減少污水排放量，減輕水體污染，降低生產成塵飢判本，還體現了經濟效益和社會效益的統一[5]。今後的研究重點是降低投資成本和增加各種預處理措施與BAC聯用，提高處理效果。
1.2 膜分離法
膜分離技術是以高分子分離膜為代表的一種新型的流體分離單元操作技術[6,7]。它的最大特點是分離過程中不伴隨有相的變化，僅靠一定的壓力作為驅動力就能獲得很高的分離效果，是一種非常節省能源的分離技術。
微濾可以除去細菌、病毒和寄生生物等，還可以降低水中的磷酸鹽含量。天津開發區污水處理廠採用微濾膜對SBR二級出水進行深度處理, 滿足了景觀、沖洗路面和沖廁等市政雜用和生活雜用的需求[8]。
超濾用於去除大分子，對二級出水的COD和BOD去除率大於50%。北京市高碑店污水處理廠採用超濾法對二級出水進行深度處理，產水水質達到生活雜用水標准，回用污水用於洗車，每年可節約用水4 700 m3[9]。
反滲透用於降低礦化度和去除總溶解固體，對二級出水的脫鹽率達到90%以上，COD和BOD的去除率在85%左右，細菌去除率90%以上[10]。緬甸某電廠採用反滲透膜和電除鹽聯用技術，用於鍋爐補給水。經反滲透處理的水，能去除絕大部分的無機鹽、有機物和微生物[11]。
納濾介於反滲透和超濾之間，其操作壓力通常為0.5～1.0 MPa，納濾膜的一個顯著特點是具有離子選擇性，它對二價離子的去除率高達95%以上，一價離子的去除率較低，為40%～80%[12]。潘巧明等人採用膜生物反應器－納濾膜整合技術處理糖蜜制酒精廢水取得了較好結果，出水COD小於100 mg/L，廢水回用率大於80%[13]。
我國的膜技術在深度處理領域的應用與世界先進水平尚有較大差距。今後的研究重點是開發、製造高強度、長壽命、抗污染、高通量的膜材料，著重解決膜污染、濃差極化及清洗等關鍵問題。
1.3 高階氧化法
工業生產中排放的高濃度有機污染物和有毒有害污染物，種類多、危害大，有些污染物難以生物降解且對生化反應有抑制和毒害作用。而高階氧化法在反應中產生活性極強的自由基（如•OH等），使難降解有機污染物轉變成易降解小分子物質，甚至直接生成CO2和H2O，達到無害化目的。
1.3.1 溼式氧化法
溼式氧化法（WAO）是在高溫（150～350 ℃）、高壓（0.5～20 MPa）下利用O2或空氣作為氧化劑，氧化水中的有機物或無機物，達到去除污染物的目的，其最終產物是CO2和H2O[14]。福建煉油化工有限公司於2002年引進了WAO工藝，徹底解決了鹼渣的後續治理和惡臭污染問題，而且執行成本低，氧化效率高[15]。
1.3.2 溼式催化氧化法
溼式催化氧化法（CWAO）是在傳統的溼式氧化處理工藝中加入適宜的催化劑使氧化反應能在更溫和的條件下和更短的時間內完成，也因此可減輕裝置腐蝕、降低執行費用[16,17]。目前，建於昆明市的一套連續流動型CWAO工業實驗裝置，已經體現出了較好的經濟性[18]。
溼式催化氧化法的催化劑一般分為金屬鹽、氧化物和復合氧化物3類。目前，考慮經濟性，應用最多的催化劑是過渡金屬氧化物如Cu、Fe、Ni、Co、Mn等及其鹽類。採用固體催化劑還可避免催化劑的流失、二次污染的產生及資金的浪費。
1.3.3 超臨界水氧化法
超臨界水氧化法把溫度和壓力升高到水的臨界點以上，該狀態的水就稱為超臨界水。在此狀態下水的密度、介電常數、粘度、擴散系數、電導率和溶劑化學效能都不同於普通水。較高的反應溫度（400～600 ℃)和壓力也使反應速率加快，可以在幾秒鍾內對有機物達到很高的破壞效率。
美國德克薩斯州哈靈頓首次大規模應用超臨界水氧化法處理污泥，日處理量達9.8 t。系統執行證明其COD的去除率達到99.9%以上，污泥中的有機成分全部轉化為CO2、H2O以及其他無害物質，且執行成本較低[19]。
1.3.4 光化學催化氧化法
目前研究較多的光化學催化氧化法主要分為Fenton試劑法、類Fenton試劑法和以TiO2為主體的氧化法。
Fenton試劑法由Fenton在20世紀發現，如今作為廢水處理領域中有意義的研究方法重新被重視起來。Fenton試劑依靠H2O2和Fe2+鹽生成•OH，對於廢水處理來說，這種反應物是一個非常有吸引力的氧化體系，因為鐵是很豐富且無毒的元素，而且H2O2也很容易操作，對環境也是安全的[20]。Fenton試劑能夠破壞廢水中諸如苯酚和除草劑等有毒化合物。目前國內對於Fenton試劑用於印染廢水處理方面的研究很多，結果證明Fenton 試劑對於印染廢水的脫色效果非常好。另外，國內外的研究還證明，用Fenton試劑可有效地處理含油、醇、苯系物、硝基苯及酚等物質的廢水。
類Fenton試劑法具有裝置簡單、反應條件溫和、操作方便等優點，在處理有毒有害難生物降解有機廢水中極具應用潛力。該法實際應用的主要問題是處理費用高，只適用於低濃度、少量廢水的處理。將其作為難降解有機廢水的預處理或深度處理方法，再與其他處理方法（如生物法、混凝法等）聯用，則可以更好地降低廢水處理成本、提高處理效率，並拓寬該技術的應用范圍。
光催化法是利用光照某些具有能帶結構的半導體光催化劑如TiO2、ZnO、CdS、WO3等誘發強氧化自由基•OH，使許多難以實現的化學反應能在常規條件下進行。銳鈦礦中形成的TiO2具有穩定性高、效能優良和成本低等特徵。在全世界范圍內開展的最新研究是獲得改良的（摻入其他成分）TiO2，改良後的TiO2具有更寬的吸收譜線和更高的量子產生率。
1.3.5 電化學氧化法
電化學氧化又稱電化學燃燒，是環境電化學的一個分支。其基本原理是在電極表面的電催化作用下或在由電場作用而產生的自由基作用下使有機物氧化。除可將有機物徹底氧化為CO2和H2O外，電化學氧化還可作為生物處理的預處理工藝，將非生物相容性的物質經電化學轉化後變為生物相容性物質。這種方法具有能量利用率高，低溫下也可進行；裝置相對較為簡單，操作費用低，易於自動控制；無二次污染等特點。
1.3.6 超聲輻射降解法
超聲輻射降解法主要源於液體在超聲波輻射下產生空化氣泡，它能吸收聲能並在極短時間內崩潰釋放能量，在其周圍極小的空間范圍內產生1 900～5 200 K的高溫和超過50 MPa的高壓。進入空化氣泡的水分子可發生分解反應產生高氧化活性的•OH，誘發有機物降解；此外，在空化氣泡表層的水分子則可以形成超臨界水，有利於化學反應速度的提高。
超聲波對含鹵化物的脫鹵、氧化效果顯著，氯代苯酚、氯苯、CH2Cl2、CHCl3、CCl4等含氯有機物最終的降解產物為HCl、H2O、CO、CO2等。超聲降解對硝基化合物的脫硝基也很有效。新增O3、H2O2、Fenton試劑等氧化劑將進一步增強超聲降解效果。超聲與其他氧化法的組合是目前的研究熱點，如US/O3、US/H2O2、US/Fenton、US/光化學法。目前，超聲輻射降解水體污染物的研究仍處於試驗探索階段。
1.3.7 輻射法
輻射法是利用高能射線（γ、χ射線）和電子束等對化合物的破壞作用所開發的污水輻射凈化法。一般認為輻射技術處理有機廢水的反應機理是由於水在高能輻射的作用下產生•OH、H2O2、•HO2等高活性粒子，再由這些高活性粒子誘發反應，使有害物質降解。
輻射法對有機物的處理效率高、操作簡便。該技術存在的主要難題是用於產生高能粒子的裝置昂貴、技術要求高，而且該法的能耗大、能量利用率較低；此外為避免輻射對人體的危害，還需要特殊的保護措施。更多資料可登入易凈水網檢視。因此該法要投入執行，還需進行大量的研究探索工作。
1.4 臭氧法
臭氧具有極強的氧化性，對許多有機物或官能團發生反應，有效地改善水質。臭氧能氧化分解水中各種雜質所造成的色、嗅，其脫色效果比活性炭好；還能降低出水濁度，起到良好的絮凝作用，提高過濾濾速或者延長過濾周期。目前，由於國內的臭氧發生技術和工藝比較落後，所以執行費用過高，推廣有難度。
通俗意義上講觸媒就是催化劑的意思，光觸媒顧名思義就是光催化劑。催化劑是加速化學反應的化學物質，其本身並不參與反應。光催化劑就是在光子的激發下能夠起到催化作用的化學物質的統稱。
1光催化劑的種類：
二氧化鈦(TiO2)；氧化鋅(ZnO)；氧化錫(SnO2)；二氧化鋯(ZrO2)；硫化鎘(CdS)等多種氧化物硫化物半導體，其中二氧化鈦(Titanium Dioxide)因其氧化能力強，化學性質穩定無毒，成為世界上最當紅的奈米光觸媒材料。
2光催化劑的發展：在早期，也曾經較多使用硫化鎘(CdS)和氧化鋅(ZnO)作為光觸媒材料，但是由於這兩者的化學性質不穩定，會在光催化的同時發生光溶解，溶出有害的金屬離子具有一定的生物毒性，故發達國家目前已經很少將它們用作為民用光催化材料，部分工業光催化領域還在使用。
3光催化劑二氧化鈦：它是一種半導體，分別具有銳鈦礦(Anatase)，金紅石(Rutile)及板鈦礦(Brookite)三種晶體結構，其中只有銳鈦礦結構和金紅石結構具有光催化特性。
吸附法、厭氧生物處理、組合生物處理等。
化學法：投加氨氮降解劑
通俗意義上講觸媒就是催化劑的意思，光觸媒顧名思義就是光催化劑。催化劑是加速化學反應的化學物質，其本身並不參與反應。光催化劑就是在光子的激發下能夠起到催化作用的化學物質的統稱。
光催化技術是在20世紀70年代誕生的基礎奈米技術，在中國大陸我們會用光觸媒這個通俗詞來稱呼光催化劑。典型的天然光催化劑就是我們常見的葉綠素，在植物的光合作用中促進空氣中的二氧化碳和水合成為氧氣和碳水化合物。總的來說奈米光觸媒技術是一種奈米仿生技術，用於環境凈化，自清潔材料，先進新能源，癌症醫療，高效率抗菌等多個前沿領域。
世界上能作為光觸媒的材料眾多，包括二氧化鈦(TiO2),氧化鋅(ZnO),氧化錫(SnO2),二氧化鋯(ZrO2)，硫化鎘(CdS)等多種氧化物硫化物半導體，其中二氧化鈦(Titanium Dioxide)因其氧化能力強，化學性質穩定無毒，成為世界上最當紅的奈米光觸媒材料。在早期，也曾經較多使用硫化鎘(CdS)和氧化鋅(ZnO)作為光觸媒材料，但是由於這兩者的化學性質不穩定，會在光催化的同時發生光溶解，溶出有害的金屬離子具有一定的生物毒性，故發達國家目前已經很少將它們用作為民用光催化材料，部分工業光催化領域還在使用。
二氧化鈦是一種半導體，分別具有銳鈦礦(Anatase)，金紅石(Rutile)及板鈦礦(Brookite)三種晶體結構，其中只有銳鈦礦結構和金紅石結構具有光催化特性。
二氧化鈦是氧化物半導體的一種，是世界上產量非常大的一種基礎化工原料，普通的二氧化鈦一般稱為體相半導體以與奈米二氧化鈦相區分。具有Anatase或者Rutile結構的二氧化鈦在具有一定能量的光子激發下[光子激發原理參考光觸媒反應原理]能使分子軌道中的電子離開價帶(Valence band)躍遷至導帶(conction band)。從而在材料價帶形成光生空穴[Hole+]，在導帶形成光生電子[e-],在體相二氧化鈦中由於二氧化鈦顆粒很大，光生電子在到達導帶開始向顆粒表面活動的過程中很容易與光生空穴復合，從而從巨集觀上我們無法觀察到光子激發的效果。但是奈米的二氧化鈦顆粒由於尺寸很小，所以電子比較容易擴散到晶體表面，導致原本不帶電的晶體表面的2個不同部分出現了極性相反的2個微區-光生電子和光生空穴。由於光生電子和光生空穴都有很強的能量，遠遠高出一般有機污染物的分子鏈的強度，所以可以輕易將有機污染物分解成最原始的狀態。同時光生空穴還能與空氣中的水分子形成反應，產生氫氧自由基亦可分解有機污染物並且殺滅細菌病毒。這種在一個區域內2個微區截然相反的性質並且共同達到效果的過程是奈米技術典型的應用，一般稱之為二元論。該反應微區稱之為二元協同介面。
從上面介紹我們可以看到，二氧化鈦的光催化反應過程，很大程度依靠第一步的光子激發，所以有足夠激發二氧化鈦的光子，才能提供足夠的能量，我們也可以知道，光催化反應並不是憑空產生的它也是需要消耗能量的，符合能量守恆原則，它消耗的是光子，也就是光能。如果是太陽光照射光觸媒就利用太陽能，燈光就是利用光能。聯合國將光觸媒開發列為21世紀太陽能利用計劃的重要組成部分。
什麼樣的光子能激發二氧化鈦呢？從理論結構上來說，銳鈦二氧化鈦的導帶與價帶之間的間隙[我們稱之為能隙]是3.2eV 而金紅石二氧化鈦為3.0eV,所以金紅石需要光能大於3.0eV的光子而銳鈦需要大於3.2eV的光子。光子的能量E與波長λ(Lambda)與之具有反比關系E = h C / λ，所以可以知道波長小於380nm的光可以激發銳鈦型二氧化鈦。雖然銳鈦礦需要略多的能量來激發，但是同樣的銳鈦礦的二氧化鈦光觸媒具有更強的氧化能力，所以被更為廣泛的使用。有研究表明接近7nm粒徑時，銳鈦礦要比金紅石更為穩定，這也是很多奈米光觸媒採用銳鈦型的原因。
優點：1、合適的能帶電位
2、高化學穩定性
3、無毒無害
4、較高的光電轉換效率
5、低成本
6、高活性
缺點：無可見光吸收
在選擇和設計金屬催化劑時，常考慮金屬組分與反應物分子間應有合適的能量適應性和空間適應性，以利於反應分子的活化。然後考慮選擇合適的助催化劑和催化劑載體以及所需的制備工藝，並嚴格控制制備條件，以滿足所需的化學組成和物理結構，包括金屬晶粒大小和分布等。
光催化劑的起源:光催化技術是在20世紀70年代誕生的基礎奈米技術，在中國大陸我們會用光觸媒這個通俗詞來稱呼光催化劑。典型的天然光催化劑就是我們常見的葉綠素，在植物的光合作用中促進空氣中的二氧化碳和水合成為氧氣和碳水化合物。總的來說奈米光觸媒技術是一種奈米仿生技術，用於環境凈化，自清潔材料，先進新能源，癌症醫療，高效率抗菌等多個前沿領域。
補充：
世界上能作為光觸媒的材料眾多，包括二氧化鈦(TiO2),氧化鋅(ZnO),氧化錫(SnO2),二氧化鋯(ZrO2)，硫化鎘(CdS)等多種氧化物硫化物半導體，其中二氧化鈦(Titanium Dioxide)因其氧化能力強，化學性質穩定無毒，成為世界上最當紅的奈米光觸媒材料。
客觀上講應該是沒有的，要不然怎麼用來處理環境污染物呢，當然，現在一些粉體的話，飛散起來的話對小范圍的環境是有點，但不是本質上的污染，使用的時候注意就好了。
④ 在很多景觀水處理工程中，經常看到用到光催化殺菌除藻技術，它很管用嗎
光催化殺藻來技術通俗的講主自要是利用二氧化鈦在紫外燈的照射下發生氧化-還原反應來破壞細菌藻類細胞的一種技術。光催化技術殺菌除藻有一定的功效，但是不適合水量大的景觀水。
個人有過兩年光電催化研究的經歷，光催化是其中的一部分。長期接觸紫外線對人體以及水生環境我覺得都是不好的，就像我自己，身體好幾個地方尤其是手和面部冒了好幾顆痣，還有斑......