光催化是指在光的作用下進(jìn)行的化學(xué)反應。光化學(xué)反應需要分子吸收特定波長(cháng)的電磁輻射，受激產(chǎn)生分子激發(fā)態(tài)，繼而發(fā)生化學(xué)反應生成新的物質(zhì)或變成引發(fā)熱反應的中間化學(xué)產(chǎn)物。光催化劑是指在光的照射下，自身不起變化，卻可以促進(jìn)化學(xué)反應的物質(zhì)。它利用光能轉化成化學(xué)反應所需的能量，產(chǎn)生催化作用，使周?chē)难鯕饧八肿蛹ぐl(fā)成極具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(shí)，Fenton試劑氧化性顯著(zhù)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(chǎn)物，降低Fe2+用量的同時(shí)保持H2O2較高的利用率，而UV和Fe2+對H2O2的催化分解存在協(xié)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(jiǎn)單加和。因此UV/Fenton試劑法在處理難降解有機污染物時(shí)具有獨特的優(yōu)勢，很有應用前景。
非均相光催化氧化技術(shù)主要為T(mén)iO2光催化氧化技術(shù)。自從日本學(xué)者Fujishima和Honda于1972年在半導體TiO2電極上發(fā)現了水的光催化分解作用，開(kāi)辟了半導體光催化這一新領(lǐng)域。1977年，Yokota等發(fā)現TiO2在光照條件下對丙烯環(huán)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(kāi)始了光催化氧化技術(shù)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(shù)受到全世界的廣泛關(guān)注，并得到了快速發(fā)展，成為國際上做活躍的研究領(lǐng)域之一。
不同類(lèi)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*廣泛)，具有區別于金屬或絕緣物質(zhì)的特別的能帶結構，即在價(jià)帶和導帶之間存在一個(gè)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(guān)系，因此常用的寬帶隙半導體的吸收波長(cháng)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(jià)帶上的電子(e-)就會(huì )被激發(fā)到導帶上，同時(shí)在價(jià)帶上產(chǎn)生空穴(h+)。當存在合適的俘獲劑、表面缺陷或者其他因素時(shí)，電子和空穴的復合得到抑制，就會(huì )在催化劑表面發(fā)生氧化—還原反應。價(jià)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(wú)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(zhì)。激發(fā)態(tài)的導帶電子和價(jià)帶空穴能重新合并，并產(chǎn)生熱能或其他形式散發(fā)掉。
特制活性炭纖維過(guò)濾層、金屬絲均流網(wǎng)用于過(guò)濾粉塵及部分VOCs氣體
光催化氧化具有以下特點(diǎn)：
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(wú)毒無(wú)害的物質(zhì)，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(guò)光催化氧化可直接將空氣中的廢臭氣體完全氧化成無(wú)毒無(wú)害的物質(zhì)，不留二次污染。
三、綠色能源：光催化氧化利用人工紫外線(xiàn)燈管產(chǎn)生的真空波紫外光的同時(shí)可望利用太陽(yáng)光作為能源來(lái)活化催化劑，驅動(dòng)氧化—還原反應，而且光催化劑在反應過(guò)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*大特點(diǎn)。
四、氧化性強：半導體光催化具有氧化性強的特點(diǎn)，對臭氧難以氧化的某些有機物如三氯甲烷、四氯化碳、六氯苯都能有效加以分解，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(jiàn)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(lèi)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(chóng)劑也有很好的去除效果，只要經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的反應便可達到完全凈化。
六、壽命長(cháng)：理論上，光催化劑的壽命是無(wú)限長(cháng)的，無(wú)需更換。
TiO2作為目前應用*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*為穩定，從低溫到熔點(diǎn)都不會(huì )發(fā)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(jiàn)。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*高。銳鈦礦型TiO2吸收波長(cháng)小于387nm的光，金紅石型TiO2吸收波長(cháng)小于413nm的光。TiO2作為光催化劑具有以下特點(diǎn)：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(xué)穩定性;價(jià)格低廉，原料來(lái)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(yè)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(zhì)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(diǎn)：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(zhì);化學(xué)惰性和光穩定性;材料易得，價(jià)格低廉。
設備工作原理
特制UV紫外線(xiàn)燈：利用特制的高能高臭氧UV紫外線(xiàn)光束照射廢氣，裂解工業(yè)廢氣如：氨、三甲胺、硫化氫、甲硫氫、甲硫醇、甲硫醚、乙酸丁酯、乙酸乙酯、二甲二硫、二硫化碳和苯乙烯，硫化物H2S、VOC類(lèi)，苯、甲苯、二甲苯的分子鏈結構，使有機或無(wú)機高分子惡臭化合物分子鏈，在高能紫外線(xiàn)光束照射下，降解轉變成低分子化合物，如CO2、H2O等。利用高能高臭氧UV紫外線(xiàn)光束分解空氣中的氧分子產(chǎn)生游離氧，即活性氧，因游離氧所攜正負電子不平衡所以需與氧分子結合，進(jìn)而產(chǎn)生臭氧。 UV＋O2→O-+O＊(活性氧)O+O2→O3(臭氧)，眾所周知臭氧對有機物具有極強的氧化作用，對工業(yè)廢氣及其它刺激性異味有立竿見(jiàn)影的清除效果。工業(yè)廢氣利用排風(fēng)設備輸入到本凈化設備后，凈化設備運用高能UV紫外線(xiàn)光束及臭氧對工業(yè)廢氣進(jìn)行協(xié)同分解氧化反應，使工業(yè)廢氣物質(zhì)其降解轉化成低分子化合物、水和二氧化碳，再通過(guò)排風(fēng)管道排出室外。利用高能-C光束裂解工業(yè)廢氣中細菌的分子鍵，破壞細菌的核酸（DNA），再通過(guò)臭氧進(jìn)行氧化反應，徹底達到凈化及殺滅細菌的目的．從凈化空氣效率考慮，我們選擇了-C波段紫外線(xiàn)和臭氧發(fā)結合電暈電流較高化裝置采用脈沖電暈放吸附技術(shù)相結合的原理對有害氣體進(jìn)行消除，其中-C波段紫外線(xiàn)主要用來(lái)去除硫化氫、氨、苯、甲苯、二甲苯、甲醛、乙酸乙酯、乙烷、丙酮、尿烷、樹(shù)脂等氣體的分解和裂變，使有機物變?yōu)闊o(wú)機化合物。
特制催化劑：根據不同的廢氣成分配置27種以上相對應的惰性催化劑，催化劑采用蜂窩狀金屬網(wǎng)孔作為載體，全方位與光源接觸，惰性催化劑在338納米光源以下發(fā)生催化反應，放大10-30倍光源效果，使其與廢氣進(jìn)行充分反應，縮短廢氣與光源接觸時(shí)間，從而提高廢氣凈化效率。
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