光催化氧化法机理及应用

发布时间：2023-12-22

　　光化学氧化及光催化氧化

　　光催化氧化法是在可见光或紫外光作用下进行的反应过程，自然环境中的部分近紫外光(290～400nm)极易被有机污染物吸收，在有活性物质存在时发生强烈的光化学反应，从而使有机物降解。光化学氧化法由于其反应条件温和(常温常压)、氧化能力强而近20年来发展迅速，具有较为广泛的应用前景。光化学氧化法按其激发态的产生方式可分为直接光降解和间接光降解，目前应用较多的是以催化剂为特征的间接光降解。

　　光催化氧化法的作用机理应用

　　半导体的能带通常是由一个充满电子的低能价带和一个空的高能价带构成，它们之间的区域称为禁带，当能量大于或等于半导体带隙能的光波辐射此半导体光催化剂时，处于价带的电子就会被激发到导带上，价带生成空穴(h+)，从而在半导体表面上产生了具有高度活性的空穴/电子对。

　　TiO2的带隙能为32eV，相当于387.5nm光子的能量。当TiO2受到波长小于387.5nm的紫外光照射时，价带上的电子跃迁到导带上，形成空穴/电子对。所产生的空穴将吸附在TiO2颗粒表面的OH-和水分子氧化成具有强氧化性的•OH自由基和O2-，其作用机理如下：

　　TiO2 + hυ → e–+ h+

　　h+ + H2O → HO•+ H+

　　e–+ O2 → •O2–→ HO2•

　　2HO2• → O2 + H2O2

　　H2O2 +•O2– →•OH + OH–+ O2

　　由此可见，TiO2光催化氧化降解有机物实质上是一种自由基反应。

　　光催化氧化法在水处理中的应用

　　Fujishima 和Honda于1972年首先发现了TiO2在光照条件下可将水分解为H2和O2之后，这一技术被迅速的应用于废水处理之中，已有大量研究者证明众多难降解的有机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等人报道了在紫外光照射下，纳米TiO2可使难降解的有机化合物多氯联苯脱氯后，纳米TiO2光催化氧化法作为一种水处理技术就引起了各国众多研究者的广泛重视。至今，已发现有3000多种难降解的有机化合物可以在紫外线的照射下通过TiO2迅速降解，特别是当水中有机污染物浓度很高或用其他方法很难降解时，这种技术有着明显的优势。

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