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光催化氧化技术,源和环保为您介绍!

返回列表 浏览:- 发布日期:2019-06-26 16:53:33【

之前有为大家介绍了UV光解和光催化氧化技术里面的光解技术,源和环保小编接着为您介绍光催化技术,一般情况下我们又称其为光氧催化技术。

光催化氧化

1、半导体的能带结构

半导体的能带结构通常是由一个充满电子的地价带和一个高空的高能导带构成,价带和导带之间的区域称为禁带,域的大小称为禁带宽度。半导体的禁带宽度一般为0.2~3.0eV是一个不连续区域。半导体的光催化特性就是由它的特殊能带结构所决定的。当用能量等于或大于半导体带隙能的光波辐射半导体时,处于价带上的电子就会被激发到导带上并在电场作用下迁移到离子表面,于是在价带上形成了空穴,从而产生了具有高活性的空穴电子对空穴可以夺取半导体表面被吸附物质或溶剂中的电子,使原本不吸收光的物质被激活并被氧化,电子受体通过接受表面的电子而被还原。
2光催化技术原理
1972年,日本 Fujishima发现了光催化现象。1999年由于纳米技术得到了突破性进展光催化终于正式登上了国际研究舞台。经过多年的研究和积累,光催化产品的技术与应用等已相当成熟。
TiO2属于一种n型半导体材料,它的禁带宽度为3.2ev(锐钛矿),当它受到波长小于或等于387.5nm的光(紫外光)照射时,价带的电子就会获得光子的能量而跃迁至导带,形成光生电子(e);而价带中则相应地形成光生空穴(h+),如图9-1所示。

图片4 

催化是利用TiO2作为催化剂的光催化过程,光催化是利用紫外光波照射TIO2,在有水分的情况下产生羟基自由基(?OH)和活性氧物质(?O2 ,H2O?),其中羟基自由基(?OH)是光催化反应中一种主要的活性物质,对光催化氧化起决定作用。羟基自由基具有很高的反应能(120kJ/molD),高于有机物中的各类化学键能,如C-C(83kJ/mol)C-H(99kJ/mol)C-N(73kJ/mol)、C-O(84k/mol)、H-O(11lkJ/mol)、N-H(93k/mol),因而能迅速有效地分解挥发性有机物和构成细菌的有机物,再加上其他活性氧物质(?O2,H2O?)的协同作用,其氧化更加迅速。能氧化绝大部分的有机物及无机污染物,将其矿化为无机小分子、CO2H2O

等无害物质。反应过程如下:

TiO2+hυ→h++e-
h+ + e-   热能
h++OH-  ?OH
h++OH-  ?OH+H+
e-+O2  ?O2-
O2+H+  HO2?
2H2 O?  O2+H2O2
H2O2+O2   ?OH+H++O2
?OH+dye→…→CO2+H2O
H++dye→…→CO2+H2O

由机理反应可知,TiO2光催化降解有机物,实质上是一种自由基反应。
光催化技术是在设备中添加纳米级活性材料,在紫外光的作用下,产生更为强烈的催化降解功能。纳米活性材料光生空穴的氧化电位以标准氢电位为3.0V,比臭氧的2.07V和氯气的1.36V高许多,具有很强的氧化性。在光照射下,活性材料能吸收相当于带隙能量以下的光能,使其表面发生激励而产生电子(e-)和空穴(h+),这些电子和空穴具有极强的还原和氧化能力,能与水或容存的氧反应,迅速产生氧化能力极强的氢氧根自由基(?OH)和超氧阴离子(?O2)。?OH具有很高的氧化电位,是一种强氧化基团,它能够氧化大多数有机污染物,使原本不吸收光的物质直接氧化分解

常见的光催化剂多为金属氧化物和硫化物,如TiO2、ZnO、CdS、WO3等,其中TiO2的综合性能最好,应用最广。

光催化氧化
大多数挥发性的有机化合物在这种紫外光能和納米活性催化氧化的共同作用下,能在2~3s时间内被充分降解,光催化氧化技术对挥发性有机废气污染物催化反应条件温和,有机物分解迅速,产物为CO2和H2O或其他小分子物质,而且适用范国广,包括烃、醇醛、嗣、氨等有机物,都能通过TiO2光催化清除。

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