催化燃烧

催化燃烧设备是指在光的作用下进行的化学反应。光化学反应需要分子吸收特定波长的电磁辐射,受激产生分子激发态,继而发生化学反应生成新的物质或变成引发热反应的中间化学产物。光催化剂是指在光的照射下,自身不起变化,却可以促进化学反应的物质。它利用光能转化

发布时间:2019-06-09

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催化燃烧设备是指在光的作用下进行的化学反应。光化学反应需要分子吸收特定波长的电磁辐射,受激产生分子激发态,继而发生化学反应生成新的物质或变成引发热反应的中间化学产物。光催化剂是指在光的照射下,自身不起变化,却可以促进化学反应的物质。它利用光能转化成化学反应所需的能量,产生催化作用,使周围的氧气及水分子激发成很具氧化力的自由基或负离子。

光催化氧化分为均相光催化氧化和非均相光催化氧化。均相光催化氧化主要为UV/Fenton试剂法。Fenton试剂为Fe2+和H2O2的组合,其氧化机理为Fe2++H2O2→˙OH+OH-+Fe3+Fe3++H2O2→Fe2++˙HO2+H+,因此Fenton试剂在水处理中具有氧化和混凝两种作用,在黑暗中就能降解有机物,节省了设备投资,然而H2O2利用率不高,不能充分矿化有机物。当有光辐射(如紫外光)时,Fenton试剂氧化性显著提高。UV/Fenton法也叫光助Fenton法,是普通Fenton法与UV/H2O2两种系统的复合产物,降低Fe2+用量的同时保持H2O2较高的利用率,而UV和Fe2+对H2O2的催化分解存在协同效应,˙OH的生成速率远大于传统Fenton法和紫外催化分解H2O2速率的简单加和。因此UV/Fenton试剂法在处理难降解有机污染物时具有独特的优势,很有应用前景。

非均相光催化氧化技术主要为TiO2光催化氧化技术。自从日本学者Fujishima和Honda于1972年在半导体TiO2电极上发现了水的光催化分解作用,开辟了半导体光催化这一新领域。1977年,Yokota等发现TiO2在光照条件下对丙烯环氧化具有光催化活性,从而拓宽了光催化的应用范围,为有机物氧化反应提供了一条新的思路。此后世界范围内便开始了光催化氧化技术在污水处理、空气净化、抗菌杀毒、有机合成等方面的应用研究,半导体光催化技术受到全世界的广泛关注,并获得了快速发展,成为国际上做活跃的研究领域之一。

不同类型有机物的光催化降解

半导体光催化剂大多是n型半导体材料(当前以TiO2使用很广泛),具有区别于金属或绝缘物质的特别的能带结构,即在价带和导带之间存在一个禁带。由于半导体的光吸收阈值与带隙具有公式K=1240/Eg(eV)的关系,因此常用的宽带隙半导体的吸收波长阈值大都在紫外区域。在光照下,如果光子的能量大于半导体禁带宽度,其价带上的电子(e-)就会被激发到导带上,同时在价带上产生空穴(h+)。当存在合适的俘获剂、表面缺陷或者其他因素时,电子和空穴的复合得以抑制,就会在催化剂表面发生氧化—还原反应。价带空穴是良好的氧化剂,导带电子是良好的还原剂,在半导体光催化反应中,一般与表面吸附的H2O、O2反应生成˙OH和超氧离子O2-,能够把各种有机物直接氧化成CO2、H2O等无机小分子,电子也具有强还原性,可以还原吸附在其表面的物质。激发态的导带电子和价带空穴能重新合并,并产生热能或其他形式散发掉。




 
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