光催化氧化的基本原理和影响因子

在上一篇文章中，引入了氧化技术，臭氧氧化的原理，臭氧氧化异质臭氧催化氧化和均质臭氧氧化的发展。本文介绍了光催化氧化。

光催化技术目前主要用于空气净化，土壤恢复和水处理领域。光降解可以分为直接的光解和间接光解。直接光解是指吸收光能或达到激发态在光作用下与其他物质反应的有机物的分解。间接光解是指培养基中的某些物质吸收光能并达到激发态，从而诱导有机分子反应。间接光解也分为非催化和催化过程。前者使用氧化剂（例如H2O2和O3等）在光线下产生活性物种的污染物。后者是光催化氧化过程。它指的是在光下添加催化剂以刺激催化剂以产生电子孔对，并且在表面上吸附的O2和H2O在电子孔对下产生·OH OH等。它也可以分为均质催化和异质催化。前者主要使用Fe2+或Fe3+和H2O2作为培养基通过光反应产生·OH。后者使用半导体材料，例如TiO2，WO3和其他半导体，通过光催化来降解有机污染物。以广泛研究的TiO2为例，当辐照光子的能量等于或超过其带状排除宽度（3.2 eV）时，光激发的电子从价带从价值带来了强大的氧化孔，从而产生强大的氧化孔，可以从表面羟基组，H2O或 捕获， to 。此外，具有强还原性能的电子可以将表面吸附的O2组合起来产生O-2，并将电子和H+结合以产生H2O2。电子也可以与H2O2相互作用以直接生成OH，如公式（71） - （76）所示。但是，如果催化剂表面没有电子和孔捕获剂，则电子和孔将在几个NS内重新组合，如公式（77）所示：

影响光催化氧化的因素

影响此过程的主要因素包括光强度，pH，催化剂性能，剂量，盐等。从光催化原理中，我们可以看到光子能量需要≥电子可以激发并过渡到传导带之前的半导体的带隙宽度。另外，光强度也可能影响降解率。等。已经表明，当光强度小于1×10-5 mol /（m2·s）时，降解速率与光强度之间存在线性关系。当光强度> 2×10-5 mol /（m2·s）时，降解速率与光强度的平方根线性相关。但是，当光强度> 6×10-5 mol /（m2·s）时，中间体可能会有竞争性重组，从而导致无法提高降解率。至于催化剂，pH值会影响半导体带端电位的运动，并且增加pH值有助于增强传导电子的降低能力。就有机物而言，pH值会影响有机分子的溶解度和表面电荷。诸如催化剂晶体及其粒径等因素对光催化有影响。例如，在TiO2的三种晶体形式中，剖析酶类型具有更多的表面活性剂位点，因此它具有较高的光催化活性。当颗粒直径小于10 nm时，由于量子尺寸效应而引起的能带扩大，并且吸收光谱蓝移有助于改善催化活性]。催化剂量的范围非常好。在某些条件下，催化剂的量增加，光利用率和光催化降解效率将提高；但是，过量的催化剂可能会影响溶液的光透射率并降低光利用率。盐对光催化的影响与盐和反应条件的类型有关。影响机制主要是盐与有机分子H2O或OH-的竞争吸附，甚至是竞争反应。

异质光催化氧化的优点和缺点

与其他技术相比，异质光催化氧化的优势在于，它可以有效地吸收阳光的一部分，减少光能的输入，并且催化剂本身具有高化学稳定性，廉价，无毒性的特征。反应条件是温和的，不需要高温或高压；此外，光催化设备具有简单的结构，易于操作。

但是，这项技术尚未实现大规模的工业应用，这主要是由于诸如低光利用率，低光催化效率，光传输和催化剂损失等问题所致。例如，TiO2仅吸收λ<387 nm的光辐射，而这部分的能量仅占太阳光的一小部分。它无法充分利用太阳能，也受到季节，昼夜，天气等因素的影响，并且很难稳定运行。此外，其光学量子效率较低，不超过4％，但是在修改TiO2之后，光量子效率可以提高到92％。低反应速率和电子孔对的高重组率是低光催化效率的重要原因。另外，当有机浓度太高时，废水的光透射率将减少，从而降低光催化效率。这项技术还面临催化剂恢复的问题，减少了催化剂损失，这可以有效地降低次级污染对环境带来的经济利益。因此，已经开发并关注了催化剂固定技术，并且可以将其制作成类似膜的载体上的载体，例如空心球，沙子，玻璃等，以减少损失。

光催化氧化的应用和开发

在应用方面，您等人。在可见光下（λ> 420 nm，100 mW/cm2），使用1 g/l -TiO2分别降低和降低100 mL Pb（II）和DBP废水，分别为20 mg/L和5 mg/L。仅4小时后，去除率为23％，比单独使用TiO2催化的效果高得多。另外，由于光生电子和孔的有效分离，在相同条件下的Pb（II）和DBP的去除率分别为39％和43％。等。探索了一系列的PT和CR修饰的TiO2光催化降解在可见光下的VOC和浓度为0.9 mmol/L的丙酮可以在-TIO2催化后22小时在22小时内完全矿化。 Li等。使用1 g/L的2D无机配位聚合物{[Cuⅱ（H2O）4] [Cuⅰ4（Cn）6]} n可降解甲基蓝色和可见光中的废水（15.5W/m2）。 25分钟50毫升甲基蓝色废水后，降解率为85％；治疗10小时后，焦油废水的ρ（TOC）从1365 mg/l降至121 mg/l。 Li等。还使用电子吸收组对MIL-101（FE）和UIO-66进行一系列修改，并用于100 mL稳定废水的光催化降解，浓度为1 mg/L。在紫外线照射和催化剂剂量量为0.5 g/l的情况下2小时后，MIL -101（Fe）-OH可以光催化降解为99.98％的稳态。同时，事实证明，未参与MOF的电子吸收基团可以调整光催化剂的电负性，从而改善光催化性能。

目前，光催化的发展方向是开发新的光电反应器和半导体光催化剂。在催化剂方面，通过掺杂金属（Ag，Pt等），半导体金属氧化物（CDS等），无机原子（N，C，S等）等，电子孔对重组被扩展以减慢电子孔对重组的降低。 For , by the of SnO2 than TiO2 and the -band than TiO2, the two are as , the of TiO2 are to the band of SnO2, and the of SnO2 are in the band of TiO2, the -hole pair .在反应堆设计方面，光源被分为紫外线和可见光来源。可见的光源是相对节能的，但是光能利用率通常不高。因此，在此阶段，通常使用紫外光源，例如氙气和汞灯。光方法分为光浓度和非浓度类型。催化剂的加载方法包括悬浮液和固定类型；反应堆的形状主要是平板类型，盒子类型，管类型等。目前，光电反应器正在发展朝着高效，大规模，良好的光线传输，简单的操作，经济投资和操作发展。