光催化氧化技术是近几十年来发展起来的一项深度氧化 (AOP)污染治理新技术 ,光催化氧化设备光催化氧化设备因其具有降解彻底、无二次污染等优点而倍受人们的瞩目。

  光化学及光催化氧技术介绍

  光化学及光催化氧化法是目前研究较多的一项高级氧化技术。所谓光催化反应，就是在光的作用下进行的化学反应。

  光化学反应需要分子吸收特定波长的电磁辐射，受激产生分子激发态，然后会发生化学反应生成新的物质，或者变成引发热反应的中间化学产物。

  光化学反应的活化能来源于光子的能量，在太阳能的利用中光电转化以及光化学转化一直是十分活跃的研究领域。

  光催化氧化技术利用光激发氧化将O2、H2O2等氧化剂与光辐射相结合。所用光主要为紫外光，包括uv-H2O2、uv-O2等工艺，可以用于处理污水中CCl4、多氯联苯等难降解物质。

  另外，在有紫外光的Fenton体系中，紫外光与铁离子之间存在着协同效应，使H2O2分解产生羟基自由基的速率大大加快，促进有机物的氧化去除。

  光催化氧化技术原理

  当能量高于半导体禁带宽度的光子照射半导体时，半导体的价带电子发生带间跃迁，从价带跃迁到导带，从而产生带正电荷的光致空穴和带负电荷的光生电子。光致空穴的强氧化能力和光生电子的还原能力导致半导体光催化剂引发一系列光催化反应的发生。

  半导体光催化氧化的羟基自由基反应机理，得到大多数学者的认同。即当TiO2等半导体粒子与水接触时，半导体表面产生高密度的羟基。由于羟基的氧化电位在半导体的价带位置以上，而且又是表面高密度的物种，因此光照射半导体表面产生的空穴首先被表面羟基捕获，产生强氧化性的羟基自由基：

  TiO2—hv—e-+TiO2(h+)

  TiO2(h+)+H2O——TiO2+H++·OH

  TiO2(h+)+OH-——TiO2+·OH

  当有氧分子存在时，吸附在催化剂表面的氧捕获光生电子，也可以产生羟基自由基：

  O2+nTiO2(e-)——nTiO2+·O2-

  O2+TiO2(e-)+2H2O——TiO2+H2O2+2OH-

  H2O2+TiO2(e-)一TiO2+OH-+·OH

  光生电子具有很强的还原能力，可以还原金属离子：

  Mn++nTiO2(e-)——M0+nTiO2 [1] 

  光催化氧化设备污染物处理应用

  1、含油废水

  2、印染废水

  3、无机污染物质

  4、造纸废水

  5、难降解农药

  气相污染物

  1、室内空气中的VOCs

  2、汽车尾气

  光催化原理

  是基于光催化剂在紫外线照射下具有的氧化还原能力而净化污染物。

  光催化技术作为一种高效、安全的环境友好型环境净化技术，对室内空气质量的改善已得到国际学术界的认可。 

  光催化应用原因

  限制光催化应用的原因：

  1.光腐蚀

  2.光催化剂本身的吸光率和评价中使用光源的波长与强度

  3.光催化反应中电子空穴再结合的防止

  4.氧化反应开始后的后续反应难以控制

  5.比表面积不足

  通俗的说，光催化剂分解有机物没有选择性，所以，负载催化剂的材料本身也会遭到分解，一旦催化粒子脱落，材料就失效了；第二，催化剂粒子的团聚现象比较严重，导致比表面积太小，催化效果太弱，而由此又导致氧化反应不彻底，反而容易产生其他有害物质。第三，光催化反应对光源的选择性很强，只能在紫外光作用下反应，这也在一定程度上限制了催化效率。

  光催化氧化设备优点：

  操作简单、能耗低、无二次污染、效率高。

  1.直接用空气中的氧气做氧化剂，反应条件温和（常温 常压）

  2.可以将有机污染物分解为二氧化碳和水等无机小分子，净化效果彻底。

  3.半导体光催化剂化学性质稳定，氧化还原性强，成本低，不存在吸附饱和现象，使用寿命长。

  光催化净化技术具有室温深度氧，二次污染小，运行成本低和可望利用太阳光为反应光源等优点，所以光催化特别合适室内挥发有机物的净化，在深度净化方面显示出了巨大的应用潜力。

  常见的光催化剂多为金属氧化物和硫化物，如Tio2, ZnO,CdS,WO3等，其中Tio2的综合性能最好，应用最广。

  光解化氧化技术具有如下优点：

  （1）净化的彻底性：光触媒是分解污染物而不是吸附污染物，发生的是质变而不是量变：对污染物具有不可逆的彻底分解；

  （2）净化的广泛性：几乎所有的细菌、病毒和有机污染物起到强效分解作用，特别是对人们不易感知的细菌和病毒进行彻底分解；

  （3）净化的安全性：最终产物是二氧化碳和水，对人体无害，不会产生类似消毒剂对环境产生的二次污染。

  （4）非均相光催化氧化对恶臭去除效果显著：设备投资低、处理量大、运行成本低、净化效率高，并且不存在二次污染。因此，在未来的有机废气处理中，光解催化氧化技术将发挥重要作用。

  单独的紫外光解技术的弊端

  是受催化剂、湿度、灰尘颗粒物的影响，紫外灯大部份能量用于产生臭氧，短时间光解VOCs做不到彻底，反而产生更复杂的中间副产物，造成二次污染，此外，如果采用市面上的二氧化钛材料，不是锐钛矿型二氧化钛光触媒，完全没有催化光解功效。

  光催化氧化设备主要由光解净化技术和催化氧化技术组合而成。

  光催化氧化技术凭借反应快速高效，对有毒有害污染物分解彻底且环境友好性等诸多优点。  

  （1）链烃。对于气相链烃：从乙烷到辛烷，从直链烷烃到支链烷烃，室温下均可在TiO2，表面发生光催化氧化，存在中间产物酮和醛，最终产物为CO2。  

  （2）含氯有机物。对于含氯有机物的降解机理，存在不同观点。  

  （3）含氧有机物。含氧有机物包括醇、醛、酮类等。对气相丙酮的TiO，光催化时发现，在常温常压下丙酮光催化降解可获得80％的转化率；丙酮转化为CO2，无中间产物。  

  （4）芳香族有机物。催化降解芳香族有机物的机理为用特定波长紫外光激发半导体光催化剂生成·OH和H+使苯环羟基化，生成羟基环己二烯自由基，进而开环生成已二烯二醛，再按脂肪族氧化途径降解，生成CO2和H20。  

  （5）含硫有机物。其降解机理非常复杂，部分学者认为产物形成的主要路线包括C—S键断裂、硫氧化和碳氧化。  

  （6）含氮有机物。其降解机理也非常复杂，一般表现为降解效率较低，催化剂易失活。  

  （7）恶臭气体的去除。对恶臭气体的去除效果显著。常见的恶臭气体成分有氨(NH，)、硫化氢(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、低级醇、脂肪酸等。   

  因此，我们可以分析出，在企业工厂实际生产中，催化氧化法处理设备对VOCs的降解率比较低，经光解排出的气体中VOCs会超出国家规定的标准，而且还会产生大量的臭氧，从而造成环境的二次污染。