之前有為大家介紹了UV光解和光催化氧化技術(shù)里面的光解技術(shù)，源和環(huán)保小編接著為您介紹光催化技術(shù)，一般情況下我們又稱其為光氧催化技術(shù)。

1、半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)

半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)通常是由一個(gè)充滿電子的地價(jià)帶和一個(gè)高空的高能導(dǎo)帶構(gòu)成，價(jià)帶和導(dǎo)帶之間的區(qū)域稱為禁帶，域的大小稱為禁帶寬度。半導(dǎo)體的禁帶寬度一般為0.2～3.0eV是一個(gè)不連續(xù)區(qū)域。半導(dǎo)體的光催化特性就是由它的特殊能帶結(jié)構(gòu)所決定的。當(dāng)用能量等于或大于半導(dǎo)體帶隙能的光波輻射半導(dǎo)體時(shí)，處于價(jià)帶上的電子就會被激發(fā)到導(dǎo)帶上并在電場作用下遷移到離子表面，于是在價(jià)帶上形成了空穴，從而產(chǎn)生了具有高活性的空穴電子對空穴可以奪取半導(dǎo)體表面被吸附物質(zhì)或溶劑中的電子，使原本不吸收光的物質(zhì)被激活并被氧化，電子受體通過接受表面的電子而被還原。
2、光催化技術(shù)原理
1972年，日本 Fujishima發(fā)現(xiàn)了光催化現(xiàn)象。1999年由于納米技術(shù)得到了突破性進(jìn)展光催化終于正式登上了國際研究舞臺。經(jīng)過多年的研究和積累，光催化產(chǎn)品的技術(shù)與應(yīng)用等已相當(dāng)成熟。
TiO₂屬于一種n型半導(dǎo)體材料，它的禁帶寬度為3.2ev(銳鈦礦)，當(dāng)它受到波長小于或等于387.5nm的光(紫外光)照射時(shí)，價(jià)帶的電子就會獲得光子的能量而躍遷至導(dǎo)帶，形成光生電子(e);而價(jià)帶中則相應(yīng)地形成光生空穴(h+)，如圖9-1所示。

光氧催化是利用TiO₂作為催化劑的光催化過程，光催化是利用紫外光波照射TIO₂，在有水分的情況下產(chǎn)生羥基自由基(?OH)和活性氧物質(zhì)(?O_2 ，H₂O?)，其中羥基自由基(?OH)是光催化反應(yīng)中一種主要的活性物質(zhì)，對光催化氧化起決定作用。羥基自由基具有很高的反應(yīng)能(120kJ/molD)，高于有機(jī)物中的各類化學(xué)鍵能，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揮發(fā)性有機(jī)物和構(gòu)成細(xì)菌的有機(jī)物，再加上其他活性氧物質(zhì)(?O2，H2O?)的協(xié)同作用，其氧化更加迅速。能氧化絕大部分的有機(jī)物及無機(jī)污染物，將其礦化為無機(jī)小分子、CO₂和H₂O

等無害物質(zhì)。反應(yīng)過程如下:

TiO₂+hυ→h⁺+e^-
h⁺ + e^-   → 熱能
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

由機(jī)理反應(yīng)可知，TiO2光催化降解有機(jī)物，實(shí)質(zhì)上是一種自由基反應(yīng)。
光催化技術(shù)是在設(shè)備中添加納米級活性材料，在紫外光的作用下，產(chǎn)生更為強(qiáng)烈的催化降解功能。納米活性材料光生空穴的氧化電位以標(biāo)準(zhǔn)氫電位為3.0V，比臭氧的2.07V和氯氣的1.36V高許多，具有很強(qiáng)的氧化性。在光照射下，活性材料能吸收相當(dāng)于帶隙能量以下的光能，使其表面發(fā)生激勵(lì)而產(chǎn)生電子(e-)和空穴(h+)，這些電子和空穴具有極強(qiáng)的還原和氧化能力，能與水或容存的氧反應(yīng)，迅速產(chǎn)生氧化能力極強(qiáng)的氫氧根自由基(?OH)和超氧陰離子(?O2)。?OH具有很高的氧化電位，是一種強(qiáng)氧化基團(tuán)，它能夠氧化大多數(shù)有機(jī)污染物，使原本不吸收光的物質(zhì)直接氧化分解。

常見的光催化劑多為金屬氧化物和硫化物，如TiO2、ZnO、CdS、WO₃等，其中TiO₂的綜合性能最好，應(yīng)用最廣。

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