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更新时间: 2025-03-09
光催化材料介绍-佛山除甲醛公司
光催化反应的基础是光催化剂和光,植物光合作用是典型的光催化反
应过程,植物体内的叶绿素吸收了太阳光,将CO 2 和水合成葡萄糖。植物中
的叶绿素,可以称为光催化剂,也叫光触媒。催化作为一种自然现象在电
化学、光化学、催化化学、生物化学等领域中得到了广泛的研究。
发展历史:
1972 年,日本科学家 Fujishima 和 Honda 在 n 型半导体 TiO 2 电极上发
现了水的光电催化分解作用,开辟了多相光催化研究的新纪元。1976 年,
Frank 将半导体材料用于降解有机污染物,从此以 TiO 2 代表的半导体光催
化剂开始发展起来。
光催化原理:
光催化剂属于半导体材料其能带结构通常是由一个充满电子的低能价
带 (VB)和一个空的高能导带 (CB)构成,价带和导带之间的能级差称为禁
带,能级差的大小称为禁带宽度。当被能量等于或大于禁带宽度的光照射
时,半导体价带上的电子 (e − )被激发,越过禁带进入导带,同时在价带上
产生相应的空穴 (h + ),从而产生了具有高度活性的空穴-电子对。生成的电
子-空穴对转移到半导体催化剂表面,他们与空气中得水分子,氧分子作
用产生高活性氧物种,这些高活性氧物质可以氧化有机物,也可以分解细
菌、病毒等,生成二氧化碳和水。光催化降解有机物的机理如图 1。
图 图 1 光催化剂降解有机物机理图
实际上光催化过程非常复杂,基本上可用下面的反应式表示:
光激发: :
光催化剂 + hv → h
+
+ e
—
(1)
空穴(h + )的氧化反应:
h + + OH
-
→·OH (2)
h + + H 2 O → ·OH + H
+
(3)
2H 2 O + h + → O 2 + 4H
+
(4)
2h + + 有机物 → 氧化产物 + 2H + →……. → CO 2 +H 2 O, (5)
电子(e e
- - )的还原反应:
O 2 + e
-
→ O 2
—
(6)
O 2 + 2H 2 O + 2e − → H 2 O 2 + 2OH − (7)
O 2 + 2H 2 O + 4e − → 4OH − (8)
2H 2 O + 2e − → H 2 +2OH − (9)
次级反应过程:
O 2
-
+ H 2 O → ·OOH + OH − (10)
2·OOH → H 2 O 2 + O 2 · (11)
H 2 O 2 +O 2 − • → •OH + OH − +O 2 (12)
H 2 O 2 + e − →OH − + ·OH (13)
·OOH + H 2 O + e − →H 2 O 2 + OH– (14)
活性氧物种(·OH,等) +有机物→氧化产物→…….→CO 2 +H 2 O (15)
光催化具有如下优点:
(1 )环保节能 :
光催化氧化可在室温下将水、空气和土壤中有机污染物完全氧化成无
毒无害的物质。而传统的高温焚烧技术则需要在极高的温度下才可将污染
物摧毁,即使用常规的催化氧化方法亦需要几百度的高温。光催化可利用
太阳光作为能源来活化光催化剂,驱动氧化—还原反应,而且光催化剂在
反应过程中并不消耗。从能源角度而言,这一特征使光催化技术更具魅力。
(2 )高效氧化:
大量研究表明,半导体光催化具有氧化性强的特点,对臭氧难以氧化
的某些有机物如三氯甲烷、四氯化炭、六氯苯、都能有效地加以分解,所
以对难以降解的有机物具有特别意义。光催化的有效氧化剂是羟基自由基
(HO∙),HO∙的氧化性高于常见的臭氧、双氧水、高锰酸钾、次氯酸等,
它直接将空气中的有机污染物,完全氧化成无毒无害的物质,不留任何二
次污染,目前广泛采用的活性炭吸附法不分解污染物,只是将污染源转移。
(3 )应用广谱:
光催化对从烃到羧酸种类众多的有机物都有效,美国环保署公布的九大
类 114 种污染物均被证实可通过光催化得到治理,即使对杂原子有机物如
卤代烃、染料、含氮有机物、有机磷杀虫剂也有很好的去除效果,一般经
过持续反应可达到完全净化。
目前大部分光催化材料的禁带宽度大于 3.0 eV,需要波长小于 400 nm
的光激发,也就是需要紫外光照射才能发生光催化反应。一般地,以 TiO 2
为代表的光触媒在紫外光下具有高的活性,目前太阳光中紫外光只有 5%,
可见光占到 45%, 所以为了提高太阳光下光触媒的活性,发展了可以吸收
可见光的**修饰的光触媒材料、复合氧化物光触媒材料,其光催化原
理一样,但效率大大提高。
佛山市浩瀚蓝环保科技有限公司
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