光降解有机污染物的技术原理

光降解有机污染物是一种利用光化学反应来分解和去除环境中有机污染物的技术

一、基本原理

      1、光降解有机污染物主要基于光催化氧化反应。光催化剂（如二氧化钛 TiO₂、氧化锌 ZnO 等）在特定波长的光照射下，会产生电子 - 空穴对。

      2、空穴具有强氧化性，能够将吸附在催化剂表面的水分子氧化生成羟基自由基（・OH），电子则与空气中的氧气反应生成超氧阴离子自由基（・O₂⁻）等活性氧物种。

      3、这些自由基具有很强的氧化能力，能够无选择性地将有机污染物逐步氧化分解为二氧化碳、水和其他无害的小分子物质，从而实现有机污染物的降解和去除。

二、反应过程

      1、污染物吸附：有机污染物通过物理或化学作用吸附在光催化剂表面，这是光降解反应的前提。只有吸附在催化剂表面的污染物才能与光生载流子及活性氧物种充分接触并发生反应。

      2、光激发产生载流子：光催化剂吸收光子能量后，价带中的电子被激发到导带，形成光生电子 - 空穴对。例如，在 TiO₂光催化体系中，当波长小于 387.5nm 的紫外光照射到 TiO₂表面时，会发生电子跃迁，产生电子 - 空穴对。

      3、载流子迁移与反应：光生电子和空穴分别向催化剂表面迁移，在表面与吸附的氧气、水分子等发生反应，生成羟基自由基、超氧阴离子自由基等活性物种。这些活性物种进攻吸附在催化剂表面的有机污染物分子，引发一系列氧化还原反应，使有机污染物逐步降解。

     4、产物脱附：随着反应的进行，有机污染物被逐步分解为小分子产物，如二氧化碳、水等，这些产物从催化剂表面脱附，进入周围环境，从而完成整个光降解过程。

四、优势

      1、环境友好：光降解过程通常不产生二次污染，产物主要是二氧化碳和水等无害物质，对环境较为友好。

      2、深度矿化：能够将有机污染物分解为无机小分子，实现污染物的深度矿化，降低污染物的毒性和危害性。

      3、常温常压操作：反应条件温和，一般在常温常压下即可进行，不需要高温、高压等苛刻条件，降低了运行成本和操作难度。

      4、可利用太阳能：可以利用太阳能作为光源，具有可持续性和经济性，尤其适用于处理大规模、低浓度的有机污染物废水或废气。

五、局限性

       1、光催化剂效率有待提高：目前大多数光催化剂的量子效率较低，对光的吸收范围较窄，主要集中在紫外光区，而太阳光中紫外光所占比例较小，限制了光催化剂对太阳能的利用效率。

       2、催化剂分离与回收困难：光催化剂通常以粉末形式使用，在反应结束后，难以将其从反应体系中分离和回收，这不仅会导致催化剂的浪费，还可能造成二次污染。

      3、处理成本较高：光降解技术所需的光催化剂成本较高，且光反应器的设计和运行也需要一定的费用，导致整体处理成本相对较高，限制了其大规模工业化应用。

六、常用光催化剂类型

七、应用领域

      1、废水处理：可用于处理各种工业废水中的有机污染物，如印染废水、制药废水、农药废水等，能够有效去除废水中的色度、化学需氧量（COD）和生化需氧量（BOD）等指标，提高废水的可生化性和处理效果。

      2、空气净化：在室内和室外环境中，光降解技术可用于去除空气中的挥发性有机化合物（VOCs）、甲醛、苯等有害污染物，改善空气质量。例如，将光催化剂涂覆在建筑材料表面、空气净化器滤网或汽车尾气净化器中，能够有效降解空气中的污染物。

      3、土壤修复：对于受有机污染物污染的土壤，光降解技术可以通过将光催化剂与土壤混合或采用原位光催化氧化的方法，降解土壤中的有机污染物，如多环芳烃、石油烃等，降低土壤污染程度，恢复土壤生态功能。

产品展示

      SSC-DPTC双光路光热催化系统，适用于光热协同催化、光催化催化剂的评价及筛选，可用于光催化的反应动力学、反应历程等方面的研究。主要应用到高温光热催化反应，光热协同催化，具体可用于半导体材料的合成烧结、催化剂材料的制备、催化剂材料的活性评价、光解水制氢、光解水制氧、二氧化碳还原、气相光催化、甲醛气体的光催化降解、VOCs、NOx、SOx、固氮等领域。

      SSC-DPTC双光路光热催化系统（<5MPa）为一套用于完成催化剂活性评价及筛选的固定床光热反应装置，适用于气体、液体或气液同时进料；气固、液固、气液固反应，能够实现温度、气相流量、液相流量的自动控制，反应温度能够实现程序控制升温（线性升温），通过程序升温设定实验温度的升温时间和保温时间，配合GC等分析仪器对不同压力、温度下的实验产物进行阶段性在线检测分析。

系统优势：

      1、系统中的减压系统，可与反应气钢瓶直接连接，管路配有比例卸荷阀、高精度压力表及压力传感器，所有温度控制点、压力监测点均配有超温、超压报警，自动联锁保护。

      2、进料系统，通入不同的气体时，可在流量系数表选择或输入对应的气体流量系数，实现气体种类的多样性和准确性。

      3、夹层控温标气模块，耐压管体内甲苯、乙醇等反应液体，通入反应气或惰性气体进入模块，将ppm级的有效气体带入反应器中，通过水浴循环水机控制模块温度进而控制气体的浓度；从而大大降低实验成本，解决标气贵的难题。

      4、恒压系统，配合低压、高压双压力系统使用，根据实验压力选择对应的压力系统，为催化剂提供稳定精准的、稳定的实验环境。

      5、系统控制全部采用PLC软件自动化控制，实时监控反应过程，自动化处理数据，并提供全套实验方案。屏幕采用工控触屏PLC，可以根据需求随时更改使用方案。鑫视科shinsco提供气相色谱仪、液相色谱仪、电化学工作站、TPR、TPD、SPV、TPV、拉曼等测试分析仪器。

      6、系统集进料系统、恒压系统、稳流系统、预热系统、反应系统、产物收集系统、PLC控制系统于一体。