光催化氧化装置

光催化又叫光催化氧化或光氧催化，是在催化剂作用下进行的光氧化反应。光催化能将有机污染物彻底分解为二 氧 化 碳、水和无机水分子物质。环境中常见的催化剂为二氧化钛(TiO2)，大气颗粒物中含有此成分，可催化烃类化合物发生光催化氧化反应。

光催化原理

　　因为生产光催化剂的材料几乎都是固体半导体材料，因此光催化又称为半导体光催化。光催化氧化的机理是用固体能带理论来解释的。

　　根据固体能带理论，固体材料的能带结构可以分为价带、禁带和导带三部分。导体的导带和价带发生了重合即其禁带宽度为零，所以导体可以导电;绝缘体的禁带宽度很大以至于价带的电子很难被激发使其跃迁至导带，所以绝缘体不导电;半导体的禁带宽度介于导体与绝缘体之间，所以其在一定条件下可以导电。

　　在半导体中，所有价电子所处的能带就是所谓的价带，比价带能量更高的能带便是导带，介于价带和导带之间的空隙称之为禁带。光催化氧化过程简单的说就是价带上的电子受到光照的激发跃迁至导带，形成了电子和空穴，形成的电子-空穴对又引发了其他的一系列的反应。

其具体过程包括下列三个基本过程：

　　当用能量大于禁带宽度(Eg)的光照射光催化剂时，光催化剂价带中的电子受到激发，跃过禁带进入导带，在导带中产生电子e-，在价带留下带正电的空穴h+(下图中A过程)。光生空穴h+具有强氧化性，光生电子e-具有强还原性，二者可形成氧化还原体系。当光生电子-空穴迁移到表面以后，e-可以还原吸附在催化剂表面的电子受体(下图中B过程)，而h+则能与吸附在催化剂表面的电子给体相结合，使该物种氧化(下图中C过程)。

　　电子和空穴电荷转移过程的速率和可能性取决于导带和价带各自的位置和被吸附物的氧化还原电位。分离的电子和空穴在迁移的过程中可能被表面晶格缺陷捕获，也可能在半导体催化剂体内(上图中D过程)或表面(上图中E过程)发生复合，并放出热量。此外，在吸附物到半导体表面的电荷转移过程发生后的反电荷转移过程也有可能发生，但没有在上图中列出。

　　电子-空穴的捕获和复合是对光催化氧化反应影响最大的两个相互竞争的过程。半导体催化剂中如果没有适当的电子和空穴的捕获剂，光生电子和空穴就会在半导体粒子内部或表面复合并放出能量。设法在催化剂中产生适当的缺陷，或引入合适的杂质离子作为电子-空穴捕获剂可在一定程度上抑制复合过程。

　　另外，电子和空穴的界面传递速率相对于光生电荷的捕获或复合过程的速率要慢得多，如果能设法加快电子和空穴的界面传递速率，降低光生电荷在半导体内的积累，同样可以减少光生电子和空穴的复合几率，提高光催化氧化反应效率。