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技術(shù)文章

UV光催化氧化基理

閱讀：1398發(fā)布時(shí)間：2015-6-4

光觸媒的通用反應(yīng)機(jī)理過(guò)程可以分為以下幾個(gè)階段：

　  ① 光致電子躍遷（h+）（e-）

　　銳鈦礦晶型納米TiO_2在小于378nm光波的照射之下，表面發(fā)生電子躍遷，一個(gè)TiO_2表面"價(jià)電帶電子（e-）"躍遷到"導(dǎo)電帶"上成為活性電子，從而形成光電流，并使TiO_2表面留下缺電子的帶正電的空穴（h+，hole）。反應(yīng)式如下：

　　TiO2 + hυ（E>Ebg） →  （TiO2） + e- + h+

　　生成的（h+）和（e-）不會(huì)立即再結(jié)合（recombination）而消失，而是作短暫的停留，時(shí)間僅數(shù)微秒（μsec），正是由于這個(gè)關(guān)鍵的短暫停留，形成了TiO_2的光催化性能。

　  ② 自由羥基（·OH）的形成

　　空穴（h+，hole）為填充電子缺損，從空氣中的水（H2O）奪取電子，生成"自由羥基（·OH）"。反應(yīng)式如下：

　　H2O + h+ →·OH（羥基自由基）

　?、?nbsp;超氧陰離子的形成

　　在*步，光波的照射之下TiO_2表面"價(jià)電帶電子（e-）"躍遷到"導(dǎo)電帶"上成為活性電子，這個(gè)活性電子遇到空氣中的氧氣，反應(yīng)式如下：

　　O2 + e- → O2- （超氧陰離子）

　?、?nbsp;有機(jī)污染物的降解

　　自由羥基（？OH）具有*的氧化性，反應(yīng)能約為240Kcal/mol，其氧化能力僅次于高碘酸，比臭氧等典型氧化劑的氧化能力都要強(qiáng)，幾乎能將所有構(gòu)成有機(jī)物分子的化學(xué)鍵切斷分解。因此，當(dāng)自由羥基（？OH）遇到甲醛等有機(jī)化合物或者細(xì)菌、病毒等微生物的時(shí)候，將其氧化分解。反應(yīng)速率非?？欤s為原子態(tài)氧的1000倍，是臭氧的100萬(wàn)倍。以甲醛為例，反應(yīng)方程式如下：

　　HCHO（甲醛） + （·OH）→ H2O + CO2

　　當(dāng)不存在有機(jī)化合物時(shí)，氧化反應(yīng)不會(huì)進(jìn)行，自由羥基（？OH）就會(huì)聚合成為水和溶存氧，反應(yīng)式如下：

　　4（·OH）→ 2 H2O + O2

　　O2- （超氧陰離子）具有較強(qiáng)的氧化能力，反應(yīng)能約為120Kcal/mol。當(dāng)它遇到空氣中的有機(jī)化合物，發(fā)生氧化反應(yīng)。以氨氮類(lèi)有機(jī)化合物為例，反應(yīng)式如下：

　　NH3（含氮有機(jī)化合物）+ O2- （超氧陰離子）  →  HNO3（硝酸）



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