美赢环保解析光催化氧化法作用原理及影响因素

所谓光化学反应，就是在光的作用下进行的化学反应。在自然环境中有一部分近紫外光(190~400nm)，他们极易被有机污染物吸收、在有活性物质存在时就会发生强烈的光化学反应使有机物降解。天然水体中存在大量的活性物质，如氧气、亲核剂·OH以及有机还原物质等、因此在光照的河水、海水表面发生着复杂的光化学反应。光降解通常指有机物在光作用下、逐步氧化成低分子中间产物，最终生成二氧化碳、水及其他离子(如NO₃ 、 PO₄、卤素等)。利用光化学反应治理污染，包括无催化剂和有催化剂参与的光化学氧化前者多采用臭氧和过氧化氢等作氧化剂。在紫外线的照射下使污染物氧化分解;后者又称为光催化氧化、一般可分为均相和多相(非均相)催化两种类型

1、光催化氧化法的作用机理

光催化反应原理是以半导体能带理论为基础的。半导体粒子一般由填满电子的低能价带(valence band，VB)和空的高能导带(conduction band，CB)构成，价带和导带之间存在禁带(Eg)。当用能量等于或大于禁带宽度(hv>Eg)的光照射时，半导体价带上的电子可被激发跃迁到导带，同时在价带上产生相应的空穴，这样就在半导体内部生成电子(e-)空穴(h+)对。空穴具有很强的氧化活性，能够与溶液中的氢氧根离子和水分子反应生成羟基自由基，然后羟基自由基进一步与污染物反应，将污染物降解成二氧化碳和无机物;而光电子则与溶液中的溶解O₂ 发生还原反应，生成过氧化氢，过氧化氨与污染物反应生成水分子和无机物。Fujishima A和Honda K于1972年首先发现了 TiO₂在光照条件下可将水分解为H₂和O₂，使这一技术被迅速应用于废水治理中，已有大量研究证明众多难降解有机物在光催化氧化的作用下可有效去除或降解。

2.光催化氧化技术影响因素

(1)光催化剂类型、粒径与用量般选用锐钛矿型TO₂作光催化剂;粒径越小、反应速率越大;催化剂用量，一般认为在2~4g/L较合适。

(2)光源强度与光照同等波长下，一般光越强，效率越高;同等光强下，一般波长罐短，效率越高。

(3)溶液pH值不同类型、不同结构的污染物降解有各自的最适pH值。

(4)污染物初始浓度光催化剂对污染物的降解都有一个最适宜初始浓度，浓度过高会存在一个竞争的关系。

(5)氯化剂和还原剂 O₂、H₂O₂、O₃、等均是良好的电子捕获剂，能有效使电子和空穴分离，提高催化效率;废水中CI^-、NO₂^- 、SO₄^2-、PO₄^3-能与有机物竞争穴，将会显著降低光催化效率。尤其PO₄^3-对光催化效率影响很大。

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