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光催化氧化原理及應(yīng)用
半導(dǎo)體材料在紫外及可見光照射下，將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，并促進(jìn)有機(jī)物的合成與分解，這一過程稱為光催化。當(dāng)光能等于或超過半導(dǎo)體材料的帶隙能量時(shí)，電子從價(jià)帶(VB)激發(fā)到導(dǎo)帶(CB)形成光生載流子(電子-空穴對(duì))。在缺乏合適的電子或空穴捕獲劑時(shí)，吸收的光能因?yàn)檩d流子復(fù)合而以熱的形式耗散。價(jià)帶空穴是強(qiáng)氧化劑，而導(dǎo)帶電子是強(qiáng)還原劑。大多數(shù)有機(jī)光降解是直接或間接利用了空穴的強(qiáng)氧化能力。
常見的金屬氧化物或硫化物光催化劑有TiO，、ZnO、WO3、Fe2O3 、ZnS、CdS和PbS等。其中，CdS的禁帶寬度較小，與太陽(yáng)光譜中的近紫外光段有較好的匹配性，可以很好地利用自然光源，但容易發(fā)生光腐蝕，使用壽命有限。TiO，具有催化能力強(qiáng)、化學(xué)穩(wěn)定性好、無毒、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，是目前研究和應(yīng)用廣泛的光催化劑。為提高金屬氧化物或硫化物光催化劑的催化性能，可對(duì)其進(jìn)行修飾改性。
光催化在環(huán)保方面的應(yīng)用包括以下兩點(diǎn)：
1)有機(jī)污染物的處理：光催化反應(yīng)能分解多種環(huán)保上關(guān)注的有機(jī)物，還可消毒、脫色等。值得一提的是，光催化能將許多物質(zhì)降解得十分*，終產(chǎn)物除了CO 和H2O外，初始污染物中含有的鹵素、硫、磷和氮等分別被轉(zhuǎn)化為X一、SO42- 、PO43- 、NO3-等無機(jī)鹽離子，大大減輕甚至*消除了危害性。
2)無機(jī)污染物的處理：光催化能夠解決汞、鉻、鉛等重金屬離子的污染問題。劉森等 以ZnO／TiO2為催化劑，以日光為光源，利用ZnO和TiO2 的協(xié)同光催化作用對(duì)電鍍含鉻廢水進(jìn)行處理，使cr6離子還原為Cr3 離子，再以氫氧化物形式除去后者，從而達(dá)到治理的目的。光催化過程同樣能夠處理其他污染性金屬。光催化還可降解劇毒污染物。另外SO42-、NO3-等有害氣體均可吸附于光催化劑表面，并在光的作用下轉(zhuǎn)化。
