光催化氧化
光 催 化 氧 化
引言 近年来,污染问题越来越引起人们的重视,政 府和各行业部门都采取了更加严格的控制标准 和措施。虽然已有不少污染处理方法应用于实 际生产中,但由于其本身的局限性,对于一些 有毒、难降解的生化废水,如农药、制药、造 纸和染料等企业所排放的污水仍缺乏行之有效 的技术方法。随着科技的不断进步,一些新的 水污染治理技术开始显露出其独特的效果,光 催化氧化就是其中一个典型的代表
一、引言 ◼ 近年来，污染问题越来越引起人们的重视，政 府和各行业部门都采取了更加严格的控制标准 和措施。虽然已有不少污染处理方法应用于实 际生产中，但由于其本身的局限性，对于一些 有毒、难降解的生化废水，如农药、制药、造 纸和染料等企业所排放的污水仍缺乏行之有效 的技术方法。随着科技的不断进步，一些新的 水污染治理技术开始显露出其独特的效果，光 催化氧化就是其中一个典型的代表
光催化机理 光催化技术是利用半导体作为催化剂 当用光照射半导体光催化剂时,如果光 子的能量高于半导体的禁带宽度,则半 导体的价带电子从价带跃迁到导带,产 生光生电子(e-)和光生空穴(h+) a TiO2+hy--e-+h+
二、光催化机理 ◼ 光催化技术是利用半导体作为催化剂。 当用光照射半导体光催化剂时，如果光 子的能量高于半导体的禁带宽度，则半 导体的价带电子从价带跃迁到导带，产 生光生电子（e－）和光生空穴(h+)。 ◼ TiO2+hγ——e－ + h+
光生空穴具有很强的氧化性,可夺取半导 体颗粒表面吸附的有机物或溶剂中的电子, 使原本不吸收光而无法被光子直接氧化的 物质,通过光催化剂被活化氧化 光生电子具有很强的还原性,使得半导体 表面的电子受体被还原,还可以还原去除 水中的金属离子。但是迁移到表面的光致 电子和空穴又存在复合的可能,降低了光 催化反应的效率
◼ 光生空穴具有很强的氧化性，可夺取半导 体颗粒表面吸附的有机物或溶剂中的电子， 使原本不吸收光而无法被光子直接氧化的 物质，通过光催化剂被活化氧化。 ◼ 光生电子具有很强的还原性，使得半导体 表面的电子受体被还原，还可以还原去除 水中的金属离子。但是迁移到表面的光致 电子和空穴又存在复合的可能，降低了光 催化反应的效率
为了提高光催化效率,需要适当的俘获剂,降 低电子和空穴复合的可能性。 水溶液中的OH一、水分子及有机物均可以充 当光生空穴的俘获剂,从而形成氧化能力极强 的自由羟基,具体的机理如下 h++ Oh OH h++ H20-.oH+h+ h++Red—Red·+
◼ 为了提高光催化效率，需要适当的俘获剂，降 低电子和空穴复合的可能性 。 ◼ 水溶液中的OH－、水分子及有机物均可以充 当光生空穴的俘获剂，从而形成氧化能力极强 的自由羟基，具体的机理如下: h+ + OH－—— ·OH h+ + H2O—— ·OH + H+ h+ + Red——Red·+
光生电子的俘获剂则主要是吸附于催化剂表面 上的O2,具体的机理如下 e-+0202 02-+H+-H02 2HO2-02+H2O2 H202+ 02 OH+ oh-+02 可以看出,O既可以抑制光催化剂上电子和空 穴的复合,提高反应效率,同时也是氧化剂, 可以氧化已羟基化的反应产物,是表面羟基自 由基(OH)的另一个来源
◼ 光生电子的俘获剂则主要是吸附于催化剂表面 上的O2，具体的机理如下: e－ + O2—— ·O2－ ·O2－ + H+——HO2· 2HO2·——O2+H2O2 H2O2 +·O2－——·OH + OH－ +O2 ◼ 可以看出，O2既可以抑制光催化剂上电子和空 穴的复合，提高反应效率，同时也是氧化剂， 可以氧化已羟基化的反应产物，是表面羟基自 由基(OH·)的另一个来源
液相条件下光催化氧化反应主要是通过 羟基自由基(OH)反应进行的,OH是 种氧化性很强的活性物质。光催化剂表 面的羟基化,是光催化氧化有机物的必 要条件
◼ 液相条件下光催化氧化反应主要是通过 羟基自由基(·OH)反应进行的， ·OH是一 种氧化性很强的活性物质。光催化剂表 面的羟基化，是光催化氧化有机物的必 要条件
三、反应器类型 光催化反应器按照光源的照射方式不同可分为 聚光式和非聚光式反应器 聚光式反应器一般是将光源置于反应器的中央, 反应器成环状。这种反应器的光源多以人工光 源作为光源,光效率较高,但因光催化反应较 缓慢,因此耗电量巨大 非聚光式反应器的光源可以是人工的也可是天 然的太阳光,一般为垂直反应面进行照射。因 此,反应面积较聚光式反应器的反应面积大得 多
三、反应器类型 ◼ 光催化反应器按照光源的照射方式不同可分为 聚光式和非聚光式反应器。 ◼ 聚光式反应器一般是将光源置于反应器的中央， 反应器成环状。这种反应器的光源多以人工光 源作为光源，光效率较高，但因光催化反应较 缓慢，因此耗电量巨大。 ◼ 非聚光式反应器的光源可以是人工的也可是天 然的太阳光，一般为垂直反应面进行照射。因 此，反应面积较聚光式反应器的反应面积大得 多
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各类反应器的比较 特征参数 反应类型实业规模废水类型悼留时间 去除皋偕化剂肿度光潭 初浓度 min) 管式反应器14112,+DP651.39x10aL80 0.2 太阳光 緊光 光电反应番150aL5sl 1200.9ac∥L 紫外杀菌灯 悬浮液反应釜00mL苯 240 40 g/L 95 3.J 高巫汞灯 非紧光平板型反应器15L甲基橙12020吗g 97,9 太阳光 波池型反应番120L令氯酚 1.5 太阳光
各类反应器的比较