光催化氧化技術(shù)是近幾十年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)深度氧化 (AOP)污染治理新技術(shù) ,光催化氧化設(shè)備光催化氧化設(shè)備因其具有降解徹底、無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)而倍受人們的矚目。

  光化學(xué)及光催化氧技術(shù)介紹

  光化學(xué)及光催化氧化法是目前研究較多的一項(xiàng)高級(jí)氧化技術(shù)。所謂光催化反應(yīng)，就是在光的作用下進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)。

  光化學(xué)反應(yīng)需要分子吸收特定波長(zhǎng)的電磁輻射，受激產(chǎn)生分子激發(fā)態(tài)，然后會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成新的物質(zhì)，或者變成引發(fā)熱反應(yīng)的中間化學(xué)產(chǎn)物。

  光化學(xué)反應(yīng)的活化能來(lái)源于光子的能量，在太陽(yáng)能的利用中光電轉(zhuǎn)化以及光化學(xué)轉(zhuǎn)化一直是十分活躍的研究領(lǐng)域。

  光催化氧化技術(shù)利用光激發(fā)氧化將O2、H2O2等氧化劑與光輻射相結(jié)合。所用光主要為紫外光，包括uv-H2O2、uv-O2等工藝，可以用于處理污水中CCl4、多氯聯(lián)苯等難降解物質(zhì)。

  另外，在有紫外光的Fenton體系中，紫外光與鐵離子之間存在著協(xié)同效應(yīng)，使H2O2分解產(chǎn)生羥基自由基的速率大大加快，促進(jìn)有機(jī)物的氧化去除。

  光催化氧化技術(shù)原理

  當(dāng)能量高于半導(dǎo)體禁帶寬度的光子照射半導(dǎo)體時(shí)，半導(dǎo)體的價(jià)帶電子發(fā)生帶間躍遷，從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶，從而產(chǎn)生帶正電荷的光致空穴和帶負(fù)電荷的光生電子。光致空穴的強(qiáng)氧化能力和光生電子的還原能力導(dǎo)致半導(dǎo)體光催化劑引發(fā)一系列光催化反應(yīng)的發(fā)生。

  半導(dǎo)體光催化氧化的羥基自由基反應(yīng)機(jī)理，得到大多數(shù)學(xué)者的認(rèn)同。即當(dāng)TiO2等半導(dǎo)體粒子與水接觸時(shí)，半導(dǎo)體表面產(chǎn)生高密度的羥基。由于羥基的氧化電位在半導(dǎo)體的價(jià)帶位置以上，而且又是表面高密度的物種，因此光照射半導(dǎo)體表面產(chǎn)生的空穴首先被表面羥基捕獲，產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的羥基自由基：

  TiO2—hv—e-+TiO2(h+)

  TiO2(h+)+H2O——TiO2+H++·OH

  TiO2(h+)+OH-——TiO2+·OH

  當(dāng)有氧分子存在時(shí)，吸附在催化劑表面的氧捕獲光生電子，也可以產(chǎn)生羥基自由基：

  O2+nTiO2(e-)——nTiO2+·O2-

  O2+TiO2(e-)+2H2O——TiO2+H2O2+2OH-

  H2O2+TiO2(e-)一TiO2+OH-+·OH

  光生電子具有很強(qiáng)的還原能力，可以還原金屬離子：

  Mn++nTiO2(e-)——M0+nTiO2 [1] 

  光催化氧化設(shè)備污染物處理應(yīng)用

  1、含油廢水

  2、印染廢水

  3、無(wú)機(jī)污染物質(zhì)

  4、造紙廢水

  5、難降解農(nóng)藥

  氣相污染物

  1、室內(nèi)空氣中的VOCs

  2、汽車(chē)尾氣

  光催化原理

  是基于光催化劑在紫外線照射下具有的氧化還原能力而凈化污染物。

  光催化技術(shù)作為一種高效、安全的環(huán)境友好型環(huán)境凈化技術(shù)，對(duì)室內(nèi)空氣質(zhì)量的改善已得到國(guó)際學(xué)術(shù)界的認(rèn)可。 

  光催化應(yīng)用原因

  限制光催化應(yīng)用的原因：

  1.光腐蝕

  2.光催化劑本身的吸光率和評(píng)價(jià)中使用光源的波長(zhǎng)與強(qiáng)度

  3.光催化反應(yīng)中電子空穴再結(jié)合的防止

  4.氧化反應(yīng)開(kāi)始后的后續(xù)反應(yīng)難以控制

  5.比表面積不足

  通俗的說(shuō)，光催化劑分解有機(jī)物沒(méi)有選擇性，所以，負(fù)載催化劑的材料本身也會(huì)遭到分解，一旦催化粒子脫落，材料就失效了；第二，催化劑粒子的團(tuán)聚現(xiàn)象比較嚴(yán)重，導(dǎo)致比表面積太小，催化效果太弱，而由此又導(dǎo)致氧化反應(yīng)不徹底，反而容易產(chǎn)生其他有害物質(zhì)。第三，光催化反應(yīng)對(duì)光源的選擇性很強(qiáng)，只能在紫外光作用下反應(yīng)，這也在一定程度上限制了催化效率。

  光催化氧化設(shè)備優(yōu)點(diǎn)：

  操作簡(jiǎn)單、能耗低、無(wú)二次污染、效率高。

  1.直接用空氣中的氧氣做氧化劑，反應(yīng)條件溫和（常溫 常壓）

  2.可以將有機(jī)污染物分解為二氧化碳和水等無(wú)機(jī)小分子，凈化效果徹底。

  3.半導(dǎo)體光催化劑化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，氧化還原性強(qiáng)，成本低，不存在吸附飽和現(xiàn)象，使用壽命長(zhǎng)。

  光催化凈化技術(shù)具有室溫深度氧，二次污染小，運(yùn)行成本低和可望利用太陽(yáng)光為反應(yīng)光源等優(yōu)點(diǎn)，所以光催化特別合適室內(nèi)揮發(fā)有機(jī)物的凈化，在深度凈化方面顯示出了巨大的應(yīng)用潛力。

  常見(jiàn)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。

  光解化氧化技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)：

  （1）凈化的徹底性：光觸媒是分解污染物而不是吸附污染物，發(fā)生的是質(zhì)變而不是量變：對(duì)污染物具有不可逆的徹底分解；

  （2）凈化的廣泛性：幾乎所有的細(xì)菌、病毒和有機(jī)污染物起到強(qiáng)效分解作用，特別是對(duì)人們不易感知的細(xì)菌和病毒進(jìn)行徹底分解；

  （3）凈化的安全性：最終產(chǎn)物是二氧化碳和水，對(duì)人體無(wú)害，不會(huì)產(chǎn)生類(lèi)似消毒劑對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的二次污染。

  （4）非均相光催化氧化對(duì)惡臭去除效果顯著：設(shè)備投資低、處理量大、運(yùn)行成本低、凈化效率高，并且不存在二次污染。因此，在未來(lái)的有機(jī)廢氣處理中，光解催化氧化技術(shù)將發(fā)揮重要作用。

  單獨(dú)的紫外光解技術(shù)的弊端

  是受催化劑、濕度、灰塵顆粒物的影響，紫外燈大部份能量用于產(chǎn)生臭氧，短時(shí)間光解VOCs做不到徹底，反而產(chǎn)生更復(fù)雜的中間副產(chǎn)物，造成二次污染，此外，如果采用市面上的二氧化鈦材料，不是銳鈦礦型二氧化鈦光觸媒，完全沒(méi)有催化光解功效。

  光催化氧化設(shè)備主要由光解凈化技術(shù)和催化氧化技術(shù)組合而成。

  光催化氧化技術(shù)憑借反應(yīng)快速高效，對(duì)有毒有害污染物分解徹底且環(huán)境友好性等諸多優(yōu)點(diǎn)。  

  （1）鏈烴。對(duì)于氣相鏈烴：從乙烷到辛烷，從直鏈烷烴到支鏈烷烴，室溫下均可在TiO2，表面發(fā)生光催化氧化，存在中間產(chǎn)物酮和醛，最終產(chǎn)物為CO2。  

  （2）含氯有機(jī)物。對(duì)于含氯有機(jī)物的降解機(jī)理，存在不同觀點(diǎn)。  

  （3）含氧有機(jī)物。含氧有機(jī)物包括醇、醛、酮類(lèi)等。對(duì)氣相丙酮的TiO，光催化時(shí)發(fā)現(xiàn)，在常溫常壓下丙酮光催化降解可獲得80％的轉(zhuǎn)化率；丙酮轉(zhuǎn)化為CO2，無(wú)中間產(chǎn)物。  

  （4）芳香族有機(jī)物。催化降解芳香族有機(jī)物的機(jī)理為用特定波長(zhǎng)紫外光激發(fā)半導(dǎo)體光催化劑生成·OH和H+使苯環(huán)羥基化，生成羥基環(huán)己二烯自由基，進(jìn)而開(kāi)環(huán)生成已二烯二醛，再按脂肪族氧化途徑降解，生成CO2和H20。  

  （5）含硫有機(jī)物。其降解機(jī)理非常復(fù)雜，部分學(xué)者認(rèn)為產(chǎn)物形成的主要路線包括C—S鍵斷裂、硫氧化和碳氧化。  

  （6）含氮有機(jī)物。其降解機(jī)理也非常復(fù)雜，一般表現(xiàn)為降解效率較低，催化劑易失活。  

  （7）惡臭氣體的去除。對(duì)惡臭氣體的去除效果顯著。常見(jiàn)的惡臭氣體成分有氨(NH，)、硫化氫(82S)、吲哚(C。rI,一NHCH，)、三甲胺((CH3)N)、甲硫醇(CH，SH)、二甲二硫(CH，SSCH3)、甲硫醚(CH3SCH，)、乙醛、低級(jí)醇、脂肪酸等。   

  因此，我們可以分析出，在企業(yè)工廠實(shí)際生產(chǎn)中，催化氧化法處理設(shè)備對(duì)VOCs的降解率比較低，經(jīng)光解排出的氣體中VOCs會(huì)超出國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，而且還會(huì)產(chǎn)生大量的臭氧，從而造成環(huán)境的二次污染。