光催化氧化法处理挥发性有机物研究进展

       随着经济的发展，工业排放的物量增加，严重的污染环境和危害人们的身体健康，为此须进行处理。目前处理VOC的常用方法有两类：一类是破坏性方法，如焚烧和催化燃烧法等，即将VOC转化为CO2和H2O；另一类是非破坏方法，如吸附、冷凝和膜分离等。这些工艺虽能在程度上处理VOC，但设备和操作费用高，且易造成二次污染，往往需进一步处理。

　　90年代，上开始尝试用光催化法去除VOC光催化氧化法在正常环境条件下常温、常压)，能将挥发性废气分解为CO2， H2O和无机物质，与前述处理方法相比，反应过程，且无二次污染问题，因而具有非常大的潜在应用价值，已成为VOC治理技术中一个活跃的研究方向.根据相关报道，目前在循环流动间歇反应器中已进行了一氧化氮、乙醇、乙醛、丙醛等的光催化氧化研究；用连续流动固定床反应器光催化氧化一氧化碳、二氧化氮、三氯乙烯、乙烯、三氯丙烯、异丙醇、苯、甲硫醚W一丁醇、甲基丁醇等；使用流化床中光催化处理三氯乙烯等。

　　近年来有关光催化氧化法处理VOC的反应机理和反应动力学、催化剂制备与改性、反应器设计及光催化反应的各种影响因素等问题。对光催化氧化技术的应用和发展提出了一些见解。

　　半导体粒子具有能带结构，由填满电子的低能价带和空的导带构成，价带和导带之间存在禁带.当用能量等于或大于禁带宽度(Eg)的光照射半导体时，价带上的电子被激发跃迁到导带，在价带上产生空穴，并在电场作用下分离并迁移到粒子表面.光生空穴因具有的得电子能力，而具有的氧化能力。

　　半导体内产生的电子一空穴对存在着分离破俘获与复合的竞争，电子与空穴复合的几率越小，光催化活性越高一般认为，半导体粒子尺寸越小，电子与空穴迁移到表面的时间越短，复合的几率越小；同时粒子尺寸越小，比表面越大，越有利于反应物的吸附，从而增大反应几率日。故目前光催化技术研究主要集中在粒子尺寸的纳米级1100nm)半导体。

　　但也有学者认为，由于催化剂制备的热处理过程中伴随着结晶、晶格缺陷、表面轻基等变化，在光催化反应中又涉及到光吸收以及载流子俘获复合等因素，因此，催化剂的粒径和比表面积与活性之间并不存在严格的相关关系。只有结晶度、相组成、晶格缺陷密度以及表面轻基相同或相近时，才能认为小粒径和大比表面积的催化剂具有较高的活性.此外，有研究表明气相光催化反应并不主要通过轻基自由基反应进行。即便催化剂表面存在大量轻基，气相光催化反应主要是物与光致空穴直接。

　　氯苯酚的光降解并不需要通过轻基自由基完成。虽然气相光催化反应并不主要通过轻基自由基进行，但催化剂表面存在的水仍有和空穴作用生成轻基自由基的可能，同时还有利于光的吸附，在大多数情况下水将加快光催化反应的进行。由此可见，气相光催化反应的机理与VOC的种类有关，且不同的研究者对同一现象也提出了不同解释，反应机理尚无统论，仍有待深入研究。