谈谈UV光解与UV光催化

“UV光解”和“UV光催化”是两个比较容易混淆的概念。不少人时常误以为,“UV光解”是“UV光催化”的简称。而事实上,“UV光解”和“UV光催化”的基本原理有所不同。

 1 基本原理

  1. 紫外光是电磁波谱中波长从10~400 nm辐射的总称。1eV = 1.6×10-19 J。
  2. UV光解:当紫外光光子能量大于有机污染物的化学键能时,会发生光解反应,致使其化学键断开。同时,当紫外线波长在200 nm以下时,O2分子会被分解生成活性O;活性O与O2结合生成O3。O3会与呈游离态的有机污染物离子产生氧化反应,生产简单、低害或无害的物质,如CO2、H2O等。
  3. UV光催化:催化剂(如TiO2)受紫外线光子激发后产生导带电子和价带空穴(也称光致电子和光致空穴)。价带空穴具有很强的氧化性,能够吸附在催化剂粒子表面的OH或H2O发生作用生成·OH。导带电子具有很强的还原性,可与O2发生作用生成O2·等。·OH作为主要氧化剂参与氧化反应,将有机污染物氧化为CO2、H2O等。与此同时,UV光解相关反应亦会发生。

2 光子能量计算公式

根据Einstein公式:E = hν = hc/λ。

如果1个分子吸收1个光子,则1 mol的分子吸收的总能量为:E= NAhν = NAhc/λ。式中:

  1. NA——阿伏加德罗常数(6.022×1023/mol)
  2. h——普朗克常数(6.626×10-34 J/s·mol)
  3. c——光速(2.9979×1010 cm/s)
  4. λ——光子波长(nm,即10-7 cm)

则,E= NAhν = NAhc/λ =(6.022×1023×6.626×10-34×2.9979×1010×107)/λ。我们可以根据此公式计算不同波长的光子能量。由于一般化学键的键能大于167.4 kJ/mol,所以波长λ>700 nm的光子不能引起光化学反应(激光等特强光源例外)。

3 应用篇(除臭)

根据王正收、李本锋等人报道,当恶臭物质的分子量越大时,UV光解氧化效果就越明显。

4 参考文献

  1. 紫外线-维基百科
  2. http://courseware.eduwest.com/courseware/0128/content/0002/060004.htm
  3. 王正收,李本锋,马玉成,任振华,李向波,张承涛.高能UV光解除臭技术在污水处理厂的应用[J].石油化工安全环保技术,2013,29(06):61-64+10.

发表评论