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光氧催化 光氧催化 光氧催化

光氧催化

发布时间:2018-03-12

所属分类:光氧催化

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光氧催化
 
光氧催化
  原理
  当能量高于半导体禁带宽度的光子照射半导体时,半导体的价带电子发生带间跃迁,从价带跃迁到导带,从而产生带正电荷的光致空穴和带负电荷的光生电子。光致空穴的强氧化能力和光生电子的还原能力导致半导体光催化剂引发一系列光催化反应的发生。
  半导体光催化氧化的羟基自由基反应机理,得到大多数学者的认同。即当TiO2等半导体粒子与水接触时,半导体表面产生高密度的羟基。由于羟基的氧化电位在半导体的价带位置以上,而且又是表面高密度的物种,因此光照射半导体表面产生的空穴首先被表面羟基捕获,产生强氧化性的羟基自由基:
  TiO2—hv—e-+TiO2(h+)
  TiO2(h+)+H2O——TiO2+H++·OH
  TiO2(h+)+OH-——TiO2+·OH
  当有氧分子存在时,吸附在催化剂表面的氧捕获光生电子,也可以产生羟基自由基:
  O2+nTiO2(e-)——nTiO2+·O2-
  O2+TiO2(e-)+2H2O——TiO2+H2O2+2OH-
  H2O2+TiO2(e-)一TiO2+OH-+·OH
  光生电子具有很强的还原能力,可以还原金属离子:
  Mn++nTiO2(e-)——M0+nTiO2[1]
  分类
  光催化氧化技术是在光化学氧化技术的基础上发展起来的。光化学氧化技术是在可见光或紫外光作用下使有机污染物氧化降解的反应过程。但由于反应条件所限,光化学氧化降解往往不够彻底,易产生多种芳香族有机中间体,成为光化学氧化需要克服的问题,而通过和光催化氧化剂的结合,可以大大提高光化学氧的效率。
  根据光催化氧化剂使用的不同,可以分为均相光催化氧化和非均相光催化氧化。
  均相光催化降解是以Fe2+或Fe3+及H2O2为介质,通过光助 - 芬顿反应产生羟基自由基使污染物得到降解。紫外光线可以提高氧化反应的效果,是一种有效的催化剂。紫外/臭氧(UV/03)组合是通过加速臭氧分解速率,提高羟基自由基的生成速度,并促使有机物形成大量活化分子,来提高难降解有机污染物的处理效率。
  非均相光催化降解是利用光照射某些具有能带结构的半导体光催化剂如TiO2、ZnO、CdS、WO3、SrTiO3、Fe2O3等,可诱发产生羟基自由基。在水溶液中,水分子在半导体光催化剂的作用下,产生氧化能力强的羟基自由基,可以氧化分解各种有机物。把这项技术应用于POPs的处理,可以取得良好的效果,但是并不是所有的半导体材料都可以用作这项技术的催化剂,比如CdS是一种高活性的半导体光催化剂,但是它容易发生光阳极腐蚀,在实际处理技术中不太实用。而TiO2可使用的波长可达387.5nm,价格便宜,多数条件下不溶解,耐光,无毒性,因此TiO2得到了广泛的应用。气的活性。

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