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光氧催化设备

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光氧催化设备

详细介绍

    光氧催化设备是目前研究较多的一项高级氧化技术。所谓光催化反应,就是在光的作用下进行的化学反应。光化学反应需要分子吸收特定波长的电磁辐射,受激产生分子激发态,然后会发生化学反应生成新的物质,或者变成引发热反应的中间化学产物。光化学反应的活化能来源于光子的能量,在太阳能的利用中光电转化以及光化学转化一直是十分活跃的研究领域。

    光氧催化技术利用光激发氧化将O2、H2O2等氧化剂与光辐射相结合。所用光主要为紫外光,包括uv-H2O2、uv-O2等工艺,可以用于处理污水中CCl4、多氯联苯等难降解物质。另外,在有紫外光的Fenton体系中,紫外光与铁离子之间存在着协同效应,使H2O2分解产生羟基自由基的速率大大加快,促进有机物的氧化去除。

    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] 

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。

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