光催化技術(shù)的簡(jiǎn)述光催化技術(shù)的簡(jiǎn)述光催化技術(shù)的簡(jiǎn)述xxx公司光催化技術(shù)的簡(jiǎn)述文件編號(hào)：文件日期：修訂次數(shù)：第1.0次更改批準(zhǔn)審核制定方案設(shè)計(jì)，管理制度光催化技術(shù)的簡(jiǎn)述摘要：隨著社會(huì)的發(fā)展，高樓大廈也越來(lái)越多，擦窗工也成了一項(xiàng)高危職業(yè)。然而光催化技術(shù)就能實(shí)現(xiàn)自我清潔。當(dāng)一定波長(zhǎng)的光照射到光催化劑上時(shí)，光催化劑的價(jià)帶電子發(fā)生帶間躍遷,從而產(chǎn)生光生電子和空穴。此時(shí)吸附在光催化劑表面的溶解氧俘獲電子形成超氧負(fù)離子,而空穴將吸附在催化劑表面的氫氧根離子和水氧化成氫氧自由基。而超氧負(fù)離子和氫氧自由基具有很強(qiáng)的氧化性,能將絕大多數(shù)的有機(jī)物氧化至最終產(chǎn)物CO2和H2O,甚至對(duì)一些無(wú)機(jī)物也能徹底分解。關(guān)鍵詞：半導(dǎo)體、光催化技術(shù)、自我清潔去除有機(jī)物的傳統(tǒng)方式催化燃燒是借助催化劑在低溫下(200～400℃)下，實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)物的完全氧化。因此在有機(jī)廢氣特別是回收價(jià)值不大的有機(jī)廢氣凈化方面應(yīng)用較廣。但催化燃燒法也有一定的缺點(diǎn)。催化燃燒裝置的內(nèi)部溫度高，耗能大，并且有一定的危險(xiǎn)。化學(xué)氧化法也是傳統(tǒng)去除有機(jī)物的一種應(yīng)用很廣的方法。其原理是就是用強(qiáng)氧化劑對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行氧化，從而達(dá)到去除有機(jī)物的目的。這種方法反應(yīng)溫和容易控制，但是反應(yīng)效率不高，并且強(qiáng)氧化劑價(jià)格昂貴，無(wú)法大量使用。生物降解法是利用微生物降解代謝有機(jī)物為無(wú)機(jī)物來(lái)處理廢水。通過(guò)人為的創(chuàng)造適于微生物生存和繁殖的環(huán)境，使之大量繁殖，以提高其氧化分解有機(jī)物的效率。其缺點(diǎn)是微生物對(duì)環(huán)境要求高，并且生物降解法往往不能直接去除有機(jī)物，必須經(jīng)過(guò)其他工藝后，才能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。2.光催化技術(shù)簡(jiǎn)述正是因?yàn)閭鹘y(tǒng)去除有機(jī)物的方式多多少少存在一些缺點(diǎn)，半導(dǎo)體光催化技術(shù)作為一種新型的環(huán)境治理技術(shù)，在有機(jī)物降解方面展示了廣闊的應(yīng)用前景。光催化劑導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體按固體能帶理論,物質(zhì)的核外電子有不同的能量。根據(jù)核外電子能級(jí)的不同，把它們的能級(jí)劃分為三種能帶：導(dǎo)帶、禁帶和價(jià)帶。在禁帶里，是不允許有電子存在的。禁帶把導(dǎo)帶和價(jià)帶分開(kāi)，對(duì)于導(dǎo)體，它的大量電子處于導(dǎo)帶，能自由移動(dòng)。在電場(chǎng)作用下成為載流子。因此，導(dǎo)體載流子的濃度很大，能導(dǎo)電。對(duì)絕緣體和半導(dǎo)體，它的電子大多數(shù)都處于價(jià)，。不能自由移動(dòng)。但在熱、光等外界因素的作用下，可以使少量?jī)r(jià)帶中的電子越過(guò)禁帶，躍遷到導(dǎo)帶上去成為載流子。絕緣體和半導(dǎo)體的區(qū)別主要是禁的寬度不同。半導(dǎo)體的禁帶很窄，因此電子獲得能量越遷到導(dǎo)帶就相對(duì)容易，在外在電場(chǎng)的作用下可以形成電流。而絕緣體的禁帶寬，電子獲得能力越遷到導(dǎo)帶的難度就大。因此。絕緣體的載流子的濃度很小，不能夠?qū)щ?。?shí)際絕緣體里，導(dǎo)帶里的電子不是沒(méi)有，并且總有一些電子會(huì)從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶，但數(shù)量極少，所以在一般情況下可以忽略在外場(chǎng)作用下它們移動(dòng)所形成的電流。半導(dǎo)體分為p型和n型。p型半導(dǎo)體也稱(chēng)為空穴型半導(dǎo)體。P型半導(dǎo)體即空穴濃度遠(yuǎn)大于自由電子濃度的雜質(zhì)半導(dǎo)體。

在純凈的硅晶體中摻入三價(jià)元素，使之取代晶格中硅原子的位子，就形成P型半導(dǎo)體。在P型半導(dǎo)體中，空穴多，自由電子少，主要靠空穴導(dǎo)電。摻入的雜質(zhì)越多，空穴的濃度就越高，導(dǎo)電性能就越強(qiáng)。

N型半導(dǎo)體也稱(chēng)為電子型半導(dǎo)體。在純凈的硅晶體中摻入五價(jià)元素，使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了N型半導(dǎo)體。在N型半導(dǎo)體中，自由電子多，空穴少，主要靠自由電子導(dǎo)電。摻入的雜質(zhì)越多，自由電子的濃度就越高，導(dǎo)電性能就越強(qiáng)。半導(dǎo)體光催化劑光觸媒于1967年被當(dāng)時(shí)還是東京大學(xué)研究生的藤島昭教授發(fā)現(xiàn)。在一次試驗(yàn)中對(duì)放入水中的氧化鈦單結(jié)晶進(jìn)行了光線(xiàn)照射，結(jié)果發(fā)現(xiàn)水被分解成了氧和氫。光觸媒就是光催化劑。典型的天然光催化劑就是我們常見(jiàn)的葉綠素，在植物的光合作用中促進(jìn)空氣中的二氧化碳和水合成為氧氣和碳水化合物。它幾乎可分解所有對(duì)人體和環(huán)境有害的有機(jī)物質(zhì)及部分無(wú)機(jī)物質(zhì)，并且生成氧氣。當(dāng)光子能量高于半導(dǎo)體吸收閾值的光照射半導(dǎo)體時(shí),半導(dǎo)體的價(jià)帶電子發(fā)生帶間躍遷,即從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶,從而產(chǎn)生光生電子和空穴。此時(shí)吸附在納米顆粒表面的溶解氧俘獲電子形成超氧負(fù)離子,而空穴將吸附在催化劑表面的氫氧根離子和水氧化成氫氧自由基。而超氧負(fù)離子和氫氧自由基具有很強(qiáng)的氧化性,能將絕大多數(shù)的有機(jī)物氧化至最終產(chǎn)物二氧化碳和水。光觸媒的材料眾多，包括二氧化鈦、氧化鋅、氧化錫、二氧化鋯、硫化鎘等多種氧化物硫化物半導(dǎo)體。光催化劑可以根據(jù)需要的太陽(yáng)光的波長(zhǎng)不同，分為可見(jiàn)光光催化劑和不可見(jiàn)光光催化劑。其中可見(jiàn)光光催化劑二氧化鈦因其氧化能力強(qiáng)，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定無(wú)毒，成為世界上最當(dāng)紅的納米光觸媒材料。3.納米技術(shù)和光催化納米技術(shù)是研究結(jié)構(gòu)尺寸在1納米至100納米范圍內(nèi)材料的性質(zhì)和應(yīng)用的一種技術(shù)。1981年掃描隧道顯微鏡發(fā)明后，誕生了一門(mén)以到100納米長(zhǎng)度為研究分子世界，它的最終目標(biāo)是直接以原子或分子來(lái)構(gòu)造具有特定功能的產(chǎn)品。因此，納米技術(shù)其實(shí)就是一種用單個(gè)原子、分子射程物質(zhì)的技術(shù)。納米技術(shù)的融入可以改善光催化技術(shù)的不足。光催化劑的納米化可以使其比表面積增大，與光和有機(jī)物的接觸面積增大，效率提高。同時(shí)拉近了距離，使光生載流子不易被復(fù)合，作用時(shí)間增長(zhǎng)。但是同時(shí)增大了能級(jí)，吸收光偏紫外，吸收可見(jiàn)光的效率低。例如最常用的光催化劑二氧化鈦。在20世紀(jì)70年代納米量級(jí)二氧化鈦的光催化特性被發(fā)現(xiàn)，在國(guó)內(nèi)外的研究中，都可以展現(xiàn)出納米量級(jí)二氧化鈦的優(yōu)勢(shì)，在處理大氣污染、水污染，實(shí)現(xiàn)自我清潔方面也是有許多值得研究的內(nèi)容。由于直接使用納米二氧化鈦粉體材料存在難分離回收、不能重復(fù)利用等困難，不僅限制了該材料的實(shí)際應(yīng)用，而且必將大大提高其使用成本。因此，我們采用特殊工藝技術(shù)制成的水溶二氧化鈦膠體、漿料，形成納米二氧化鈦薄膜，既保持了納米二氧化鈦光催化氧化還原特性，又克服了粉體應(yīng)用的不足，為其推廣應(yīng)用帶來(lái)了極大的便利。4.光催化技術(shù)的應(yīng)用光催化技術(shù)在環(huán)保方面的應(yīng)用隨著對(duì)環(huán)境污染控制研究的日益重視，光催化氧化法被應(yīng)用于氣相和水相中一些難降解污染物的治理研究，并取得了顯著的效果。許多有機(jī)物甚至無(wú)機(jī)物都能有效地進(jìn)行光催化反應(yīng)，最終生成無(wú)機(jī)小分子物質(zhì)，消除其對(duì)環(huán)境的污染以及對(duì)人體健康的危害。光催化技術(shù)處理環(huán)境污染在氣相催化研究方面也取得了一定的成效。針對(duì)目前比較受關(guān)注的室內(nèi)墻體涂料揮發(fā)出的一些有機(jī)污染物，如苯，甲苯，甲醛等芳香族有機(jī)物，它們對(duì)人體有較大危害，極大的影響了空氣的質(zhì)量和人體的健康。而利用光催化技術(shù)處理這類(lèi)有機(jī)污染物具有反應(yīng)速度快，光的利用效率高，不會(huì)產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點(diǎn)。但在光催化反應(yīng)的速率方面，由于氣體分子的擴(kuò)散速度相對(duì)較快，因此一般氣相光催化的反應(yīng)速率比起液相都提高了幾個(gè)數(shù)量級(jí)。因此氣相中的光催化技術(shù)的研究有特別的難點(diǎn)。光催化在衛(wèi)生保健方面的應(yīng)用光催化劑在光的作用下，生成光生空穴和光生電子，表面的溶解氧俘獲電子形成超氧負(fù)離子,而空穴將吸附在催化劑表面的氫氧根離子和水氧化成氫氧自由基。超氧負(fù)離子和氫氧自由基都是強(qiáng)氧化劑，可以可以用于生活用水的殺菌消毒；負(fù)載TiO2光催化劑的玻璃，陶瓷等是醫(yī)院、賓館等各種衛(wèi)生設(shè)施抗菌除臭的理想材料。這樣的光催化殺菌劑有具有殺菌能力強(qiáng)、殺菌徹底、防霉、穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)。光催化劑還可以通過(guò)有選擇地局部注射微粒到瘤內(nèi)，隨后用光導(dǎo)纖維傳導(dǎo)紫外光集中照射瘤組織體，光激發(fā)光催化劑顆粒表面生成強(qiáng)活性的反應(yīng)氧類(lèi)直接滲透進(jìn)入瘤組織體，而殺死瘤組織體內(nèi)的惡性細(xì)胞。光催化劑在自清潔涂層方面的應(yīng)用在紫外光照射下，水在氧化鈦薄膜上完全浸潤(rùn)。因此，在浴室鏡面、汽車(chē)玻璃及后視鏡等表面涂覆一層二氧化鈦可以起到防結(jié)霧的作用。在窗玻璃、建筑物的外墻磚、高速公路的護(hù)欄、路燈等表面涂覆一層二氧化鈦薄膜，利用二氧化鈦在太陽(yáng)光照射下產(chǎn)生的的強(qiáng)氧化能力和超親水性，可以實(shí)現(xiàn)表面自清潔。納米二氧化鈦在塑料中的應(yīng)用利用納米二氧化鈦透光、粒度小，可使塑料變得更致密，可使塑料薄膜的透明度、強(qiáng)度和韌性、防水性能大大提高。在有機(jī)玻璃生產(chǎn)時(shí)加入表機(jī)經(jīng)修飾的納米二氧化鈦可使有機(jī)玻璃抗紫外線(xiàn)輻射而達(dá)到抗老化的目的。5.總結(jié)光催化技術(shù)憑借在去除有機(jī)物方面徹底、穩(wěn)定、不產(chǎn)生二次污染物、光催化劑使用時(shí)間久等優(yōu)勢(shì)，在日后的生活中有極大的發(fā)展前景。然而，我們還是面臨著許多挑戰(zhàn)和難題。日后將研究方向放在日常生活光催化技術(shù)的應(yīng)用方面，以及光催化技術(shù)的可見(jiàn)光范圍化，光催化技術(shù)必定有更大的作用。參考文獻(xiàn)[1]

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