半導(dǎo)體材料在紫外及可見(jiàn)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(guò)程稱為光催化。當(dāng)光能等于或超過(guò)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(jiàn)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(wú)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(wú)機(jī)鹽離子,大大減輕甚至*消除了危害性。
2)無(wú)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(wèn)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(guò)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。
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