光催化氧化設備

光催化是指在光的作用下進行的化學反應。光化學反應需要分子吸收特定波長的電磁輻射，受激產生分子激發態，繼而發生化學反應生成新的物質或變成引發熱反應的中間化學產物。光催化劑是指在光的照射下，自身不起變化，卻可以促進化學反應的物質。它利用光能轉化成化學反應所需的能量，產生催化作用，使周圍的氧氣及水分子激發成極ju氧化力的自由基或負離子。

光催化氧化分為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為UV/Fenton試劑法。Fenton試劑為Fe2+和H2O2的組合，其氧化機理為Fe2++H2O2→˙OH+OH-+Fe3+Fe3++H2O2→Fe2++˙HO2+H+，因此Fenton試劑在水處理中具有氧化和混凝兩種作用，在黑暗中就能降解有機物，節省了設備投資，然而H2O2利用率不高，不能充分礦化有機物。當有光輻射(如紫外光)時，Fenton試劑氧化性顯著提高。UV/Fenton法也叫光助Fenton法，是普通Fenton法與UV/H2O2兩種系統的復合產物，降低Fe2+用量的同時保持H2O2較高的利用率，而UV和Fe2+對H2O2的催化分解存在協同效應，˙OH的生成速率遠大于傳統Fenton法和紫外催化分解H2O2速率的簡單加和。因此UV/Fenton試劑法在處理難降解有機污染物時具有獨特的優勢，很有應用前景。

非均相光催化氧化技術主要為TiO2光催化氧化技術。自從日本學者Fujishima和Honda于1972年在半導體TiO2電極上發現了水的光催化分解作用，開辟了半導體光催化這一新領域。1977年，Yokota等發現TiO2在光照條件下對丙烯環氧化具有光催化活性，從而拓寬了光催化的應用范圍，為有機物氧化反應提供了一條新的思路。此后世界范圍內便開始了光催化氧化技術在污水處理、空氣凈化、抗菌殺毒、有機合成等方面的應用研究，半導體光催化技術受到全世界的廣泛關注，并得到了快速發展，成為國際上做活躍的研究領域之一。

不同類型有機物的光催化降解

半導體光催化劑大多是n型半導體材料(當前以TiO2使用嘴廣泛)，具有區別于金屬或絕緣物質的特別的能帶結構，即在價帶和導帶之間存在一個禁帶。由于半導體的光吸收閾值與帶隙具有公式K=1240/Eg(eV)的關系，因此常用的寬帶隙半導體的吸收波長閾值大都在紫外區域。在光照下，如果光子的能量大于半導體禁帶寬度，其價帶上的電子(e-)就會被激發到導帶上，同時在價帶上產生空穴(h+)。當存在合適的俘獲劑、表面缺陷或者其他因素時，電子和空穴的復合得到抑制，就會在催化劑表面發生氧化—還原反應。價帶空穴是良好的氧化劑，導帶電子是良好的還原劑，在半導體光催化反應中，一般與表面吸附的H2O、O2反應生成˙OH和超氧離子O2-，能夠把各種有機物直接氧化成CO2、H2O等無機小分子，電子也具有強還原性，可以還原吸附在其表面的物質。激發態的導帶電子和價帶空穴能重新合并，并產生熱能或其他形式散發掉。

特制活性炭纖維過濾層、金屬絲均流網用于過濾粉塵及部分VOCs氣體

光催化氧化具有以下特點：

一、低溫深度反應：光催化氧化適合在常溫下將廢臭氣體完全氧化成無毒無害的物質，適合處理高濃度、氣量大、穩定性強的有毒有害氣體的廢氣處理。

二、有效凈化徹底：通過光催化氧化可直接將空氣中的廢臭氣體完全氧化成無毒無害的物質，不留二次污染。

三、綠色能源：光催化氧化利用人工紫外線燈管產生的真空波紫外光的同時可望利用太陽光作為能源來活化催化劑，驅動氧化—還原反應，而且光催化劑在反應過程中并不消耗，利用空氣中的氧作為氧化劑，有效降解有毒有害廢臭氣體成為光催化氧化節約能源的嘴大特點。

四、氧化性強：半導體光催化具有氧化性強的特點，對臭氧難以氧化的某些有機物有效加以分解，所以對難以降解的有機物具有特別意義，光催化的有效氧化劑是羥基自由基(OH-)和超氧離子自由基(O2-、O-)，其氧化性高于常見的臭氧、雙氧水、高錳酸鉀、次氯酸等。

五、廣譜性：光催化氧化對從羥到羧酸的種類眾多的有機物都有效，即使對原子有機物如鹵代烴、染料、含氮有機物、有機磷殺蟲劑也有很好的去除效果，只要經過一定時間的反應便可達到完全凈化。

六、壽命長：理論上，光催化劑的壽命是無限長的，無需更換。

TiO2作為目前應用嘴為廣泛的半導體光催化劑，有三種不同的晶體結構：銳鈦礦結構、金紅石結構和板鈦礦結構。金紅石結構嘴為穩定，從低溫到熔點都不會發生晶相轉變;銳鈦礦結構次之，在室溫下穩定;板鈦礦結構則很少見。具有光催化作用的主要是銳鈦礦結構和金紅石結構，其中以銳鈦礦結構的催化活性嘴高。銳鈦礦型TiO2吸收波長小于387nm的光，金紅石型TiO2吸收波長小于413nm的光。TiO2作為光催化劑具有以下特點：具有合適的半導體禁帶寬度;具有良好的抗光腐蝕性和化學穩定性;價格低廉，原料來源豐富，成本低;光催化活性高(吸收紫外光性能強，禁帶和導帶之間的能隙大，光生電子的還原性和空穴的氧化性強)；對很多有機污染物有較強的吸附作用。

為使光催化劑具有合適的形狀、尺寸和機械強度以符合工業反應器的操作要求，光催化劑需要載體以支持活性組分，使化劑具有特定的物理性狀。光催化劑載體要能改善所擔載的物質的組織結構(如增加孔隙、表面積等)，有利于光催化劑再生。良好的光催化劑載體應具有以下特點：良好的透光性;在不影響光催化活性的前提下，與TiO2顆粒間具有較強的結合力;比表面積大;對被降解的污染物有較強的吸附性;易于固液分離;有利于固—液傳質;化學惰性和光穩定性;材料易得，價格低廉。