光催化氧化法機(jī)理及應(yīng)用

發(fā)布時(shí)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(jìn)行的反應(yīng)過(guò)程，自然環(huán)境中的部分近紫外光(290～400nm)極易被有機(jī)污染物吸收，在有活性物質(zhì)存在時(shí)發(fā)生強(qiáng)烈的光化學(xué)反應(yīng)，從而使有機(jī)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(qiáng)而近20年來(lái)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(jī)理應(yīng)用

　　半導(dǎo)體的能帶通常是由一個(gè)充滿電子的低能價(jià)帶和一個(gè)空的高能價(jià)帶構(gòu)成，它們之間的區(qū)域稱為禁帶，當(dāng)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(shí)，處于價(jià)帶的電子就會(huì)被激發(fā)到導(dǎo)帶上，價(jià)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(duì)。

　　TiO2的帶隙能為32eV，相當(dāng)于387.5nm光子的能量。當(dāng)TiO2受到波長(zhǎng)小于387.5nm的紫外光照射時(shí)，價(jià)帶上的電子躍遷到導(dǎo)帶上，形成空穴/電子對(duì)。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(qiáng)氧化性的•OH自由基和O2-，其作用機(jī)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(jī)物實(shí)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(jī)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(bào)道了在紫外光照射下，納米TiO2可使難降解的有機(jī)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(guó)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(jī)化合物可以在紫外線的照射下通過(guò)TiO2迅速降解，特別是當(dāng)水中有機(jī)污染物濃度很高或用其他方法很難降解時(shí)，這種技術(shù)有著明顯的優(yōu)勢(shì)。

　　德蘭梅勒提供電化學(xué)高級(jí)氧化技術(shù)、濕式氧化技術(shù)、光催化氧化技術(shù)、臭氧催化氧化技術(shù)、UV聯(lián)合工藝氧化技術(shù)、高級(jí)生物氧化技術(shù)，技術(shù)廣泛應(yīng)用于工業(yè)有機(jī)廢水處理、抗生素制藥廢水、含氰廢水處理及其他水處理除氧工藝流程的應(yīng)用。