光催化（光觸媒）凈化
光催化凈化是基于光催化劑在紫外線照射下具有的氧化還原能力而凈化污物。利用光催化凈化技術(shù)去除空氣中的有機(jī)污染物具有以下特點(diǎn)：
①直接用空氣中的0：做氧化劑，反應(yīng)條件溫和（常溫、常壓）。
②可以將有機(jī)污染物分解為C02和H20等無機(jī)小分子，凈化效果*。
③半導(dǎo)體光催化劑化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，氧化還原性強(qiáng)，成本低，不存在吸附飽和：命長(zhǎng)。
光催化凈化技術(shù)具有室溫深度氧化、二次污染小、運(yùn)行成本低和可望利用太陽光為反應(yīng)光源等優(yōu)點(diǎn)，所以光催化特別適合室內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物的凈化，在深度凈化方面顯示出了巨大的應(yīng)用潛力。
常見的光催化劑多為金屬氧化物和硫化物，如Ti02，Zn0，CdS，W03等，其中TiO2的綜合性能，應(yīng)用zui廣。自1972年Fujishima和Honda發(fā)現(xiàn)在受輻照的Ti02上可以持續(xù)發(fā)生水的氧化還原反應(yīng)、并產(chǎn)生H2以來，人們對(duì)這一催化反應(yīng)過程進(jìn)行了大量的研究。結(jié)果表明,TiO2具有良好的抗光腐蝕性和催化活性，而且性能穩(wěn)定，價(jià)廉易得，無毒無害，是目前*的*光催化劑。該項(xiàng)技術(shù)不僅在廢水凈化處理方面具有巨大潛力，在空氣凈化方面同樣具有廣闊的應(yīng)用前景。以下結(jié)合Ti02介紹有關(guān)光催化凈化室內(nèi)空氣的內(nèi)容。
1 光催化作用機(jī)理與光催化氧化反應(yīng)模型
1)光催化作用機(jī)理
Ti02作為一種半導(dǎo)體材料之所以能夠作為催化劑，是由其自身的光電特性所決定的，根據(jù)定義，超細(xì)半導(dǎo)體粒子含有能帶結(jié)構(gòu)且能帶不是連續(xù)的，其能級(jí)結(jié)構(gòu)可用帶隙理論描述，即物質(zhì)價(jià)電子軌道通過交疊形成不同的帶隙，由低到高依次充滿電子的價(jià)帶、禁帶和空的導(dǎo)帶
Ti02的禁帶寬度Eg=3.2 eV，相當(dāng)于波長(zhǎng)387.5 nm的光子能量。穩(wěn)態(tài)時(shí)Ti02的電子充滿于價(jià)帶中，導(dǎo)帶是一系列空能級(jí)軌道的集合體，當(dāng)用波長(zhǎng)等于或小于387.5 nm（能量等于或大于于3.2 eV）的光照射半導(dǎo)體時(shí)，價(jià)帶上的電子（e一）被激發(fā)并躍遷到導(dǎo)帶，在價(jià)帶上產(chǎn)生空穴(h+)，并在電場(chǎng)的作用下分離并遷移到粒子表面。光生空穴(h+)由于具有*的得電子能
力，因而具有很強(qiáng)的氧化能力，能將其表面吸附的OH -離子和H20分子氧化成·OH自由基而．OH幾乎無選擇地將有機(jī)物氧化，并zui終降解為C02和H20，也有部分有機(jī)物與h+直接反應(yīng)，而遷移到表面的電子（e一）則具有很強(qiáng)的還原能力。同時(shí)，也存在著電子與空穴復(fù)合的可
能性，如果沒有適當(dāng)?shù)碾娮雍涂昭ǚ@劑，儲(chǔ)備的能量在幾個(gè)us之內(nèi)就會(huì)通過復(fù)合而消耗掉而如果選用適當(dāng)?shù)姆@劑或表面空位來俘獲電子或空穴，復(fù)合就會(huì)受到抑制，隨即氧化還原反應(yīng)。
在整個(gè)光催化反應(yīng)中，-OH起著決定性作用，半導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生的電子一空穴對(duì)存在分離與復(fù)合的競(jìng)爭(zhēng)。電子與空穴復(fù)合的幾率越小，光催化活性越高，是光催化氧化的主要氧化劑。對(duì)于發(fā)生在Ti02表面的氣一固相光催化氧化分解過程，表面羥基化可能是反應(yīng)的關(guān)鍵步驟。光生電子（e一）的俘獲劑主要是吸附于Ti02表面上的氧。它既可以抑制電子與空穴的復(fù)合，同時(shí)也可以氧化己羥基化的反應(yīng)產(chǎn)物，是表面羥基的另一個(gè)來源。當(dāng)催化劑表面主要吸附物為有機(jī)物時(shí)，空穴與有機(jī)物的直接反應(yīng)為主要途徑。 半導(dǎo)體粒子尺寸越小，電子與空穴遷移到表面的時(shí)間越少，復(fù)合的幾率越??；
比表面Ti02大，越有利于反應(yīng)物的Langmiur-Hinshelwood率'由于納米級(jí) 有更高的光催化效率，因而獲得了廣泛的研究與應(yīng)用
2)光催化氧化反應(yīng)模型
氣一固相光催化分解有機(jī)物的反應(yīng)涉及到傳質(zhì)和光催化反應(yīng)2個(gè)過程，包含j
①反應(yīng)物從氣流中通過層流邊界層向催化劑外表面擴(kuò)散。
②反應(yīng)物從催化劑外表面通過微孔向催化劑內(nèi)表面擴(kuò)散。
③反應(yīng)物被催化劑表面化學(xué)吸附。
④反應(yīng)物在催化劑表面上發(fā)生氧化還原反應(yīng)。
⑤反應(yīng)產(chǎn)物脫附離開催化劑表面。
⑥反應(yīng)產(chǎn)物從催化劑內(nèi)表面向外表面擴(kuò)散。
⑦反應(yīng)產(chǎn)物從催化劑外表面擴(kuò)散到主氣流中。
