环保工艺之——影响光催化氧化效果的因素

1、光源特性

紫外谱段200-400nm光能与各种键能基本吻合，是理想光化学反应的能源。太阳光是天然紫外光源，但由于大气层对太阳短波紫外线的吸收，太阳辐射到地表的紫外线，主要是波长大于300nm的紫外线，300-400nm波段紫外线能量只占全部太阳能的3﹪-4﹪。

2、催化剂的性质

半导体催化剂粒径与催化活性明显相关。粒径越小，催化活性越高，粒径30nm左右活性突出。开发纳米级的超细光催化剂是提高光催化效率的重要途径。催化活性与其晶型密切相关，锐钛型催化活性高于金红石型。制备温度对其活性也有很大的影响，温度高活性好。在TiO₂表面负载活性金属和金属氧化物，进一步提高TiO₂光催化活性。这些金属及金属氧化物不仅影响半导体颗粒表面的能级结构，降低带隙能，而且影响光催化氧化和还原反应的过程。复合光催化剂是提高光催化效率的新途径，在半导体光催化剂中加入某种光敏剂，使之吸附在半导体光催化剂表面，从而扩散了光影响范围，提高了光能利用效率。

3、有机物性质、操作条件、水质因素

如PH值、溶解氧、颗粒物质、金属离子（尤其是高价离子），某些阴离子（如NO₃^-）有机物浓度和温度等，这些因素都会影响光催化反应的速率。

另外，简单说说TiO₂光催化剂：

TiO₂有锐钛矿型、金红石型和板钛矿型三种晶型。同样条件下,锐钛矿型的催化活性较好。在众多光催化剂中，TiO₂是目前公认的最有效的半导体催化剂，其特点有：价廉无毒使用周期长，稳定性好，催化活性高，氧化还原性极强，耐酸碱和光化学腐蚀，能有效吸收太阳光谱中弱紫外辐射部分。一般认为光催化氧化法是以N型半导体的能带理论为基础。TiO₂属于N型半导体，其能带是不连续的，在充满电子的低能价带(VB)和空的高能导带(CB)之间存在一个禁带，带隙能为3.2eV，光催化所需入射光最大波长为387.5nm。当λ≤387.5nm的光波辐射照射TiO₂时，处于价带的电子被激发跃迁到导带，生成高活性电子(e^-)，同时在价带上产生相应的空穴(h⁺)，从而形成具有高度活性的电子空穴对，并在电场作用下分离，向粒子表面迁移，既可直接将吸附的有机物分子氧化，也可与吸附在TiO₂表面的羟基或水分子反应生成氧化性很强的活性物质氢氧自由基·OH。·OH自由基是一种非选择性的强氧化剂，可以氧化包括生物难以降解的各种有机物,，使之彻底氧化为CO₂,H₂O和其他无机物。

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