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标题: 科普：关于光催化氧化相关的那些事 [打印本页]

作者: 环境保护 时间: 2021-7-6 12:07
标题: 科普：关于光催化氧化相关的那些事
光催化氧化的分类

根据不同的反应体系，光催化氧化可以分为均相和非均相光催化氧化。

均相光催化氧化以Fe2+（二价铁离子）或Fe3+（三价铁离子），以及H2O2（双氧水）为介质，通过光-Fenton（芬顿）反应，产生反应活性极高的OH·（羟基）等自由基来氧化分解污染物。

非均相光催化氧化则是采用TiO2（二氧化钛）、ZnO（氧化锌）等半导体催化剂，在光照条件下产生OH·（羟基）等自由基来氧化分解污染物。

除了产生条件不同之外，这两种催化氧化均涉及到羟基自由基的形成和氧化作用，这两种反应均属于高级氧化。

涉及到羟基自由基的氧化过程就称为高级氧化（Advanced Oxidation Process，简称AOP）。广泛的来说，某些羟基自由基可能起重要作用，但反应机理不明确的新型氧化过程，也是属于高级氧化。

高级氧化中，羟基自由基的氧化还原电势为2.8V，仅次于氟，所以几乎能氧化所有的有机物。羟基自由基还会激发一系列的氧化反应，使有机污染物分解的更加彻底。

均相光催化氧化中主要还是芬顿原理，就不过多的赘述了。下面的内容，我们就以非均相光催化氧化为例来进行介绍。

非均相光催化氧化原理

非均相光催化氧化过程中，需要用到半导体。半导体在能带结构上具有价带和导带，两者之间还存在一个禁带。我们先看一下半导体催化剂在光照下的反应：

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当半导体受到太阳光的照射时，半导体吸收一个能量大于禁带的光子，就会把位于价带的电子激发到导带，价带的电子跃迁后就会留下一个空穴，空穴则会与吸附在半导体催化剂表面的OH-反应生成羟基自由基。达到导带的电子也会与水中的氧气发生吸附反应，生成氧负离子的自由基。
这些自由基和空穴共同作用，对水中的有机物进行氧化，使其变为无害的无机物。

非均相光催化氧化光源

下面是几种光催化剂的禁带宽度：