光催化氧化技術(shù)是近幾十年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一項深度氧化 (AOP)污染治理新技術(shù) ,光催化氧化設備光催化氧化設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高級氧化技術(shù)。所謂光催化反應，就是在光的作用下進(jìn)行的化學(xué)反應。

  光化學(xué)反應需要分子吸收特定波長(cháng)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)反應生成新的物質(zhì)，或者變成引發(fā)熱反應的中間化學(xué)產(chǎn)物。

  光化學(xué)反應的活化能來(lái)源于光子的能量，在太陽(yáng)能的利用中光電轉化以及光化學(xué)轉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(zhù)協(xié)同效應，使H2O2分解產(chǎn)生羥基自由基的速率大大加快，促進(jìn)有機物的氧化去除。

  光催化氧化技術(shù)原理

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

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

  光催化氧化設備污染物處理應用

  1、含油廢水

  2、印染廢水

  3、無(wú)機污染物質(zhì)

  4、造紙廢水

  5、難降解農藥

  氣相污染物

  1、室內空氣中的VOCs

  2、汽車(chē)尾氣

  光催化原理

  是基于光催化劑在紫外線(xiàn)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)，對室內空氣質(zhì)量的改善已得到國際學(xué)術(shù)界的認可。 

  光催化應用原因

  限制光催化應用的原因：

  1.光腐蝕

  2.光催化劑本身的吸光率和評價(jià)中使用光源的波長(cháng)與強度

  3.光催化反應中電子空穴再結合的防止

  4.氧化反應開(kāi)始后的后續反應難以控制

  5.比表面積不足

  通俗的說(shuō)，光催化劑分解有機物沒(méi)有選擇性，所以，負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，催化劑粒子的團聚現象比較嚴重，導致比表面積太小，催化效果太弱，而由此又導致氧化反應不徹底，反而容易產(chǎn)生其他有害物質(zhì)。第三，光催化反應對光源的選擇性很強，只能在紫外光作用下反應，這也在一定程度上限制了催化效率。

  光催化氧化設備優(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，反應條件溫和（常溫 常壓）

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

  3.半導體光催化劑化學(xué)性質(zhì)穩定，氧化還原性強，成本低，不存在吸附飽和現象，使用壽命長(cháng)。

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

  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：幾乎所有的細菌、病毒和有機污染物起到強效分解作用，特別是對人們不易感知的細菌和病毒進(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，對人體無(wú)害，不會(huì )產(chǎn)生類(lèi)似消毒劑對環(huán)境產(chǎn)生的二次污染。

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

  單獨的紫外光解技術(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)憑借反應快速高效，對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）含氯有機物。對于含氯有機物的降解機理，存在不同觀(guān)點(diǎn)。  

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

  （4）芳香族有機物。催化降解芳香族有機物的機理為用特定波長(cháng)紫外光激發(fā)半導體光催化劑生成·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）含硫有機物。其降解機理非常復雜，部分學(xué)者認為產(chǎn)物形成的主要路線(xiàn)包括C—S鍵斷裂、硫氧化和碳氧化。  

  （6）含氮有機物。其降解機理也非常復雜，一般表現為降解效率較低，催化劑易失活。  

  （7）惡臭氣體的去除。對惡臭氣體的去除效果顯著(zhù)。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、低級醇、脂肪酸等。   

  因此，我們可以分析出，在企業(yè)工廠(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)中，催化氧化法處理設備對VOCs的降解率比較低，經(jīng)光解排出的氣體中VOCs會(huì )超出國家規定的標準，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。