光催化氧化法機理及應(yīng)用

發(fā)布時間：2023-12-22

　　光化學(xué)氧化及光催化氧化

　　光催化氧化法是在可見光或紫外光作用下進行的反應(yīng)過程，自然環(huán)境中的部分近紫外光(290～400nm)極易被有機污染物吸收，在有活性物質(zhì)存在時發(fā)生強烈的光化學(xué)反應(yīng)，從而使有機物降解。光化學(xué)氧化法由于其反應(yīng)條件溫和(常溫常壓)、氧化能力強而近20年來發(fā)展迅速，具有較為廣泛的應(yīng)用前景。光化學(xué)氧化法按其激發(fā)態(tài)的產(chǎn)生方式可分為直接光降解和間接光降解，目前應(yīng)用較多的是以催化劑為特征的間接光降解。

　　光催化氧化法的作用機理應(yīng)用

　　半導(dǎo)體的能帶通常是由一個充滿電子的低能價帶和一個空的高能價帶構(gòu)成，它們之間的區(qū)域稱為禁帶，當能量大于或等于半導(dǎo)體帶隙能的光波輻射此半導(dǎo)體光催化劑時，處于價帶的電子就會被激發(fā)到導(dǎo)帶上，價帶生成空穴(h+)，從而在半導(dǎo)體表面上產(chǎn)生了具有高度活性的空穴/電子對。

　　TiO2的帶隙能為32eV，相當于387.5nm光子的能量。當TiO2受到波長小于387.5nm的紫外光照射時，價帶上的電子躍遷到導(dǎo)帶上，形成空穴/電子對。所產(chǎn)生的空穴將吸附在TiO2顆粒表面的OH-和水分子氧化成具有強氧化性的•OH自由基和O2-，其作用機理如下：

　　TiO2 + hυ → e–+ h+

　　h+ + H2O → HO•+ H+

　　e–+ O2 → •O2–→ HO2•

　　2HO2• → O2 + H2O2

　　H2O2 +•O2– →•OH + OH–+ O2

　　由此可見，TiO2光催化氧化降解有機物實質(zhì)上是一種自由基反應(yīng)。

　　光催化氧化法在水處理中的應(yīng)用

　　Fujishima 和Honda于1972年首先發(fā)現(xiàn)了TiO2在光照條件下可將水分解為H2和O2之后，這一技術(shù)被迅速的應(yīng)用于廢水處理之中，已有大量研究者證明眾多難降解的有機物在光催化氧化的作用下可得到有效的去除或降解。

　　1976年Cary等人報道了在紫外光照射下，納米TiO2可使難降解的有機化合物多氯聯(lián)苯脫氯后，納米TiO2光催化氧化法作為一種水處理技術(shù)就引起了各國眾多研究者的廣泛重視。至今，已發(fā)現(xiàn)有3000多種難降解的有機化合物可以在紫外線的照射下通過TiO2迅速降解，特別是當水中有機污染物濃度很高或用其他方法很難降解時，這種技術(shù)有著明顯的優(yōu)勢。

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