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光催化降解有机污染物
19113219高思睿
1、有机污染物处理的重要性
在21世纪，能源与环境问题已经成为世界关注的主题，如何减少污染，保护生态平衡，解决环保问题，已经引起各政府决策部门和学术研究部门的高度重视。
水和空气作为人类-）具有很强的氧化还原能力，它不仅可以将吸附在半导体颗粒表面的有机物活化氧化，还能使半导体表面的电子受体被还原。而受激发产生的光生空穴（h+）则是良好的氧化剂，一般会通过与化学吸附水（H2O）或表面羟基（OH-）反应生成具有很强氧化能力的羟基自由基（・OH）。
研究表明羟基自由基几乎能够氧化所有有机物并使之矿化。实验证明一般光催化反应都是在空气气氛中进行，其中一个主要原因就是空气中所含氧气的存在对光催化有促进作用，能加速反应的进行，从原理上分析普遍认为氧气的存在可以抑制光催化剂上电子与空穴的复合，同时它还可以与光生电子作用形成超氧离自由氧O2-，接着与H+生成HO2，最后再生成羟基自由基，因此成为了羟基自由基的另外一个重要来2源。2
冬|2
光催化反应机理示意图
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用反应式来表达光催化反应机理：
TiOc+hu—TiOc+h++e-
22
h++e-—热量
HO—H++OH-
2
h++OH—OH
h++H2O+O2—・OH+H++O2-
h++HO—・OH+H+
2
e-+O2—q
•o2-+h+—・hO2
2・HO°—O+H0o
2222
•HO+HO+e-—HO+OH-
H2O2+e-—・OH+OH-
22
一般的光催化反应就是利用催化剂产生的极其活泼的羟基自由基（・OH）,超氧离子自由基（・o2-）等活性物质将各种有机物污染物直接氧化为co2、h2o等无机小分子。但是在气相条件下光催化反应可能并不一定是羟基自由基反应。有学者研究发现当光催化反应在气态环境下进行时，有时主要起作用的可能是其他物质。Stafford等口8］发现4-***苯酚的光催化反应就是光生空穴直接参与反应完成的。他们在研究后发现这有可能是因为4-***苯酚的苯环结构可以捕获中间自由基和电子，在没有水蒸气存在时，它能够直接和光生空穴反应，从而达到降解的目的。
5、目前存在的问题
迄今为止，对TiO2处理大气有机污染物的研究多以有限的半封闭和封闭空间为主，对
大空间的研究较少。关键在于对TiO2高催化性及长效性的研发，以利于降低处理成本。
纳米TiO2具有优良的光催化性能，但仍然有一些缺陷制约着光催化的大规模应用。主要由于其带隙较宽，导致其只能被太阳光谱中仅含有3%左右的紫外线激化，这一原因极大的限制了光催化技术的应用。
6、今后的发展方向相对于已经被广泛研究的液-固相半导体光催化降解有机物的废水处理，气-固相半导体光催化氧化反应在许多方面都具有更突出的特点。普遍认为，在光催化反应的速率方面，由于气体分子的扩散速度相对较快，因此一般气相光催化的反应速率比起液相都提高了几个数量级。此外，用于气相的催化剂与液相反应相比更易回收，在实现连续化的处理方面更加方便；气相光催化反应条件更加便捷，在常温常压的条件下即可进行反应，直接以空气中的氧气作氧化剂，反应的效率更高；在气相光催化反应过程中使用的光源属冷光性质，对环境的温度没有明显的影响。