光降解有機污染物的技術原理

光降解有機污染物是一種利用光化學反應來分解和去除環境中有機污染物的技術

一、基本原理

      1、光降解有機污染物主要基于光催化氧化反應。光催化劑（如二氧化鈦 TiO?、氧化鋅 ZnO 等）在特定波長的光照射下，會產生電子 - 空穴對。

      2、空穴具有強氧化性，能夠將吸附在催化劑表面的水分子氧化生成羥基自由基（?OH），電子則與空氣中的氧氣反應生成超氧陰離子自由基（?O??）等活性氧物種。

      3、這些自由基具有很強的氧化能力，能夠無選擇性地將有機污染物逐步氧化分解為二氧化碳、水和其他無害的小分子物質，從而實現有機污染物的降解和去除。

二、反應過程

      1、污染物吸附：有機污染物通過物理或化學作用吸附在光催化劑表面，這是光降解反應的前提。只有吸附在催化劑表面的污染物才能與光生載流子及活性氧物種充分接觸并發生反應。

      2、光激發產生載流子：光催化劑吸收光子能量后，價帶中的電子被激發到導帶，形成光生電子 - 空穴對。例如，在 TiO?光催化體系中，當波長小于 387.5nm 的紫外光照射到 TiO?表面時，會發生電子躍遷，產生電子 - 空穴對。

      3、載流子遷移與反應：光生電子和空穴分別向催化劑表面遷移，在表面與吸附的氧氣、水分子等發生反應，生成羥基自由基、超氧陰離子自由基等活性物種。這些活性物種進攻吸附在催化劑表面的有機污染物分子，引發一系列氧化還原反應，使有機污染物逐步降解。

     4、產物脫附：隨著反應的進行，有機污染物被逐步分解為小分子產物，如二氧化碳、水等，這些產物從催化劑表面脫附，進入周圍環境，從而完成整個光降解過程。

四、優勢

      1、環境友好：光降解過程通常不產生二次污染，產物主要是二氧化碳和水等無害物質，對環境較為友好。

      2、深度礦化：能夠將有機污染物分解為無機小分子，實現污染物的深度礦化，降低污染物的毒性和危害性。

      3、常溫常壓操作：反應條件溫和，一般在常溫常壓下即可進行，不需要高溫、高壓等苛刻條件，降低了運行成本和操作難度。

      4、可利用太陽能：可以利用太陽能作為光源，具有可持續性和經濟性，尤其適用于處理大規模、低濃度的有機污染物廢水或廢氣。

五、局限性

       1、光催化劑效率有待提高：目前大多數光催化劑的量子效率較低，對光的吸收范圍較窄，主要集中在紫外光區，而太陽光中紫外光所占比例較小，限制了光催化劑對太陽能的利用效率。

       2、催化劑分離與回收困難：光催化劑通常以粉末形式使用，在反應結束后，難以將其從反應體系中分離和回收，這不僅會導致催化劑的浪費，還可能造成二次污染。

      3、處理成本較高：光降解技術所需的光催化劑成本較高，且光反應器的設計和運行也需要一定的費用，導致整體處理成本相對較高，限制了其大規模工業化應用。

六、常用光催化劑類型

七、應用領域

      1、廢水處理：可用于處理各種工業廢水中的有機污染物，如印染廢水、制藥廢水、農藥廢水等，能夠有效去除廢水中的色度、化學需氧量（COD）和生化需氧量（BOD）等指標，提高廢水的可生化性和處理效果。

      2、空氣凈化：在室內和室外環境中，光降解技術可用于去除空氣中的揮發性有機化合物（VOCs）、甲醛、苯等有害污染物，改善空氣質量。例如，將光催化劑涂覆在建筑材料表面、空氣凈化器濾網或汽車尾氣凈化器中，能夠有效降解空氣中的污染物。

      3、土壤修復：對于受有機污染物污染的土壤，光降解技術可以通過將光催化劑與土壤混合或采用原位光催化氧化的方法，降解土壤中的有機污染物，如多環芳烴、石油烴等，降低土壤污染程度，恢復土壤生態功能。

產品展示

      SSC-DPTC雙光路光熱催化系統，適用于光熱協同催化、光催化催化劑的評價及篩選，可用于光催化的反應動力學、反應歷程等方面的研究。主要應用到高溫光熱催化反應，光熱協同催化，具體可用于半導體材料的合成燒結、催化劑材料的制備、催化劑材料的活性評價、光解水制氫、光解水制氧、二氧化碳還原、氣相光催化、甲醛氣體的光催化降解、VOCs、NOx、SOx、固氮等領域。

      SSC-DPTC雙光路光熱催化系統（<5MPa）為一套用于完成催化劑活性評價及篩選的固定床光熱反應裝置，適用于氣體、液體或氣液同時進料；氣固、液固、氣液固反應，能夠實現溫度、氣相流量、液相流量的自動控制，反應溫度能夠實現程序控制升溫（線性升溫），通過程序升溫設定實驗溫度的升溫時間和保溫時間，配合GC等分析儀器對不同壓力、溫度下的實驗產物進行階段性在線檢測分析。

系統優勢：

      1、系統中的減壓系統，可與反應氣鋼瓶直接連接，管路配有比例卸荷閥、高精度壓力表及壓力傳感器，所有溫度控制點、壓力監測點均配有超溫、超壓報警，自動聯鎖保護。

      2、進料系統，通入不同的氣體時，可在流量系數表選擇或輸入對應的氣體流量系數，實現氣體種類的多樣性和準確性。

      3、夾層控溫標氣模塊，耐壓管體內甲苯、乙醇等反應液體，通入反應氣或惰性氣體進入模塊，將ppm級的有效氣體帶入反應器中，通過水浴循環水機控制模塊溫度進而控制氣體的濃度；從而大大降低實驗成本，解決標氣貴的難題。

      4、恒壓系統，配合低壓、高壓雙壓力系統使用，根據實驗壓力選擇對應的壓力系統，為催化劑提供穩定精準的、穩定的實驗環境。

      5、系統控制全部采用PLC軟件自動化控制，實時監控反應過程，自動化處理數據，并提供全套實驗方案。屏幕采用工控觸屏PLC，可以根據需求隨時更改使用方案。鑫視科shinsco提供氣相色譜儀、液相色譜儀、電化學工作站、TPR、TPD、SPV、TPV、拉曼等測試分析儀器。

      6、系統集進料系統、恒壓系統、穩流系統、預熱系統、反應系統、產物收集系統、PLC控制系統于一體。