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催化燃烧之光催化技术的两种形式

发布时间:2019-07-31

在光的作用条件下进行的化学反应称之为光催化。光催化反应进行时,分子吸收特定波长的电磁辐射,从而产生分子的激发态,继而产生新的物质,或是产生能够引发发热反应的催化化学产物。光催化剂在加快化学反应速率的同时,自身不发生变化,仅仅起到催化作用,使附近的氧气和水分子变成具有氧化能力的负离子或是自由基。

催化燃烧之光催化

光催化氧化有均相光催化氧化和非均相光催化氧化两种形式。

1.均相光催化氧化多数采用UV/Fenton试剂法,即Fenton试剂是Fe2+和H2O2的混合物。

反应原理:Fe2++H2O2→˙OH+OH-+Fe3+Fe3++H2O2→Fe2++˙HO2+H+

所以Fenton试剂在反应中能够起到氧化和混凝两种作用,在无光条件下进行有机物降解,能够减少设备投资。但H2O2的利用率极低,无法充分矿化有机物。在有光辐射的情况下,Fenton试剂氧化性有明显提高。

UV/Fenton法也被称为光助Fenton法,是普通Fenton法与UV/H2O2两种系统的复合产物,在减少Fe2+用量的同时提高H2O2的利用率,但UV和Fe2+对H2O2的催化分解反应中,具有一种协同效应,紫外催化分解和传统的Fenton法产生的H2O2速率之和也不及˙OH的生成速率。所以UV/Fenton试剂法对于难降解有机污染物的处理上具有绝佳优势。

2.非均相光催化氧化技术主要为TiO2光催化氧化技术。

1972年,水的光催化分解作用在半导体TiO2电极上被发现;1977年,TiO2在光照条件下对丙烯环氧化具有光催化活性反应被发现。自此之后,光催化氧化技术便广泛运用在污水处理、抗菌杀毒、空气净化、有机合成等应用研究方面,半导体光催化技术开始受到广泛关注,并且得以快速发展。

半导体光催化剂多数为n型半导体材料,运用最为广泛的是TiO2,其能带结构区别于绝缘物质与金属物质,是处于价带和导带中的一个禁带区域。

半导体的光吸收阈值与带隙具有公式为K=1240/Eg(eV)

所以,半导体催化剂常用的宽带隙半导体的吸收波长阈值多数处于紫外区域中。在光照环境中,若半导体禁带宽度小于光子的能量,那么他价带上的电子就会转移到导带上,并且在价带上形成空穴。当有合适的俘获剂或其他因素时,空穴和电子的复合被抑制,继而在催化剂上进行还原反应。在半导体光催化反应中,价带空穴充当氧化剂,导带电子充当还原剂,能够把各种有机物直接氧化成二氧化碳和氧气等无机分子,电子也极具还原性,能够还原吸附在其表面的物质。价带空穴和导带电子激发后能够再次重合,然后通过热能或其他形式散发掉。