作用機(jī)理

　　ZXL-001納米二氧化鈦光催化反應(yīng)機(jī)理：

　　納米TiO2光催化降解機(jī)理共分為7個(gè)步驟來(lái)完成光催化的過(guò)程：

　　1、TiO2+hv→eˉ+h+

　　2、h++H2O→OH+H+

　　3、eˉ+O2→OOˉ

　　4、OOˉ+H+→OOH

　　5、2OOH→O2+H2O2

　　6、OOˉ+eˉ+2H+→H2O2

　　7、H2O2+eˉ→OH+OHˉ

　　8、h++OHˉ→OH

　　當(dāng)一個(gè)具有hv能量大小的光子或者具有大于半導(dǎo)體禁帶寬度Eg的光子射入半導(dǎo)體時(shí)，一個(gè)電子由價(jià)帶(VB)激發(fā)到導(dǎo)帶(CB)，因而在導(dǎo)帶上產(chǎn)生一個(gè)高活性電子（eˉ)，在價(jià)帶上留下了一個(gè)空穴(h+)，形成氧化還原體系。溶解氧及水和電子及空穴相互作用，最終產(chǎn)生高活性的羥基。OHˉ、O2ˉ、OOHˉ自由基具有強(qiáng)氧化性，能把大多數(shù)吸附在TiO2表面的有機(jī)污染物降解為CO2、H2O，把無(wú)機(jī)污染物氧化或還原為無(wú)害物。

　　殺菌機(jī)理

　　ZXL-001納米二氧化鈦具有很強(qiáng)的光催化殺菌作用。通過(guò)對(duì)納米TiO2光催化殺滅革蘭氏陰、陽(yáng)性細(xì)菌的致死曲線進(jìn)行對(duì)比、常規(guī)培養(yǎng)驗(yàn)證和透射電鏡觀察得出結(jié)論：納米TiO2光催化滅菌首先是從細(xì)菌細(xì)胞壁開(kāi)始，其產(chǎn)生的自由基能破壞細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)，使細(xì)胞壁斷裂、破損，質(zhì)膜解體，然后進(jìn)入胞體內(nèi)部破壞內(nèi)膜和細(xì)胞組分，使細(xì)胞質(zhì)凝聚，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)容物溢出，可出現(xiàn)菌體空化現(xiàn)象。從而證實(shí)了納米TiO2的抑菌機(jī)理是在光催化作用下，納米TiO2禁帶上的電子由價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶，在表面形成高活性的電子-空穴對(duì)，并進(jìn)一步形成·OHˉ、·O2ˉ、·OOHˉ通過(guò)一系列物理化學(xué)作用破壞細(xì)菌細(xì)胞，從而殺滅細(xì)菌。

　　半導(dǎo)體光催化原理

　　常溫下導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體(conductor)與絕緣體(insulator)之間的材料，叫做半導(dǎo)體（semiconductor）．

　　什么是光催化？

　　光觸媒[PHOTOCATALYSIS]是光[Photo=Light]+觸媒(催化劑)[catalyst]的合成詞。光觸媒是一種在光的照射下，自身不起變化，卻可以促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)，光觸媒是利用自然界存在的光能轉(zhuǎn)換成為化學(xué)反應(yīng)所需的能量，來(lái)產(chǎn)生催化作用，使周圍之氧氣及水分子激發(fā)成極具氧化力的自由負(fù)離子。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)，不僅能加速反應(yīng)，亦能運(yùn)用自然界的定侓，不造成資源浪費(fèi)與附加污染形成。最具代表性的例子為植物的"光合作用"，吸收對(duì)動(dòng)物有毒之二氧化碳，利用光能轉(zhuǎn)化為氧氣及水。

　　半導(dǎo)體光催化氧化的原理

　　目前，研究最多的半導(dǎo)體材料有TiO2、Zno、CdS、WO3、SnO2等。由于TiO2的化學(xué)穩(wěn)定性高、耐光腐蝕，并且具有較深的價(jià)帶能級(jí)，催化活性好，可以使一些吸熱的化學(xué)反應(yīng)在光輻射的TiO2表面得到實(shí)現(xiàn)和加速，加之TiO2對(duì)人體無(wú)毒無(wú)害，并且通常成本較低，所以尤以納米二氧化鈦的光催化研究最為活躍。

　　我們知道當(dāng)入射光的能量大于半導(dǎo)體本身的帶隙能量（Bandgap）時(shí)，在光的照射下半導(dǎo)體價(jià)帶（Valenceband）上的電子吸收光能而被激發(fā)到導(dǎo)帶（Conduction）上，即在導(dǎo)帶上產(chǎn)生帶有很強(qiáng)負(fù)電性的高活性電子，同時(shí)在價(jià)帶上產(chǎn)生帶正電的空穴（h+），從而產(chǎn)生具有很強(qiáng)活性的電子--空穴對(duì)，形成氧化還原體系。這些電子--空穴對(duì)遷移到催化劑表面后，與溶解氧及H2O發(fā)生作用，最終產(chǎn)生具有高度化學(xué)氧化活性的羥基自由基(.OH)，利用這種高度活性的羥基自由基便可參與加速氧化還原反應(yīng)的進(jìn)行，可以氧化包括生物氧化法難以降解的各類有機(jī)污染物并使之完全無(wú)機(jī)化，以TiO2為便說(shuō)明有機(jī)物在光催化體系中的反應(yīng)屬于自由基反應(yīng)。

　　TiO2光催化反應(yīng)機(jī)理包括以下幾個(gè)過(guò)程：

　?。?）光激發(fā)過(guò)程：

　　TiO2的帶隙能Eg=3.2eV,可利用波長(zhǎng)λ<=387.5nm的光子激發(fā)。在溶液中TiO2吸入λ<=387.5nm的光子后，即產(chǎn)生e---h+(電子空穴)對(duì)。

　　TiO2+hv----->e-+h+

　　（2）吸附過(guò)程：

　　TiO2在溶液中會(huì)發(fā)生如下的吸附反應(yīng)：

　　Ol2-+Ti(IV)<----->OlH-+Ti(IV)---OH-

　　Ti(IV)+H2O<----->Ti(IV)---H2O

　?。?）復(fù)合過(guò)程：

　　e-+h+<----->heat

　?。?）捕集過(guò)程：

　　當(dāng)TiO2粒子于水接觸時(shí)，表面被羥基化，即h+可將吸附在TiO2表面的OH-離子和H2O分子氧化為.OH自由基，并仍吸附在TiO2表面。順磁共振研究證明，在TiO2表面的確存在大量.OH自由基：

　　Ti(IV)--OH-+h+----->Ti(IV)--OH.

　　Ti(IV)--H2O+h+----->Ti(IV)--OH.+H+

　　與此同時(shí)，Ti(IV)吸收e-還原為T(mén)i(III)若體系中有O2（溶解氧）存在，O2作為電子受體，生成過(guò)氧化物離子自由基：

　　Ti(IV)+e-<----->Ti(III)

　　Ti(III)+O2<----->Ti(IV)--O2-

　?。?）其它自由基反應(yīng)

　　Ti(IV)——O2-.近一步還原生成H2O2：

　　Ti(IV)--O2-+2h+<----->Ti(IV)--H2O2-

　　Ti(IV)--O2-+h+<----->Ti(IV)--H2O.

　　在溶液中，.OH、HO2.和H2O2之間可互相轉(zhuǎn)化：

　　H2O2+.OH<----->H2O+HO2.

　　這樣光能就可在短時(shí)間內(nèi)以化學(xué)能的形式貯藏起來(lái)，實(shí)現(xiàn)光能與化學(xué)能之間的轉(zhuǎn)化。

　　（6）羥基自由基氧化有機(jī)物：

　　大量事實(shí)表明，半導(dǎo)體光催化氧化并不是通過(guò)空穴直接進(jìn)行，而是通過(guò)其中的.OH自由基發(fā)生作用。

　　Ti(IV)--OH-+R1.ads----->Ti(IV)--R2.ads

　　.OH+R1.ads----->R2.ads

　　Ti(IV)--OH-+R1----->R2

　　.OH+R1----->R2

　　.OH基是強(qiáng)氧化劑（E0=+3.07V），可將脂肪族碳鏈氧化為醇、醛、酸，最后脫羧生成CO2。對(duì)于芳香族化合物，OH.首先將苯環(huán)羥基化，然后與O2作用生成苯環(huán)上的過(guò)氧化自由基，進(jìn)而開(kāi)環(huán)生成脂肪族化合物，并隨著氧化程度的加深，碳鏈逐步斷裂，最終產(chǎn)物為CO2。四、光催化氧化的潛在優(yōu)勢(shì)及其應(yīng)用前景

　　由于光催化氧化法對(duì)于水中的烴、鹵代有機(jī)物（包括鹵代脂肪烴、鹵代羧酸、鹵代芳香烴）、羧酸、表面活性劑、除草劑、染料、含氮有機(jī)物、有機(jī)磷殺蟲(chóng)劑等有機(jī)物，以及氰離子、金屬離子等無(wú)機(jī)物均有很好的去除效果，一般經(jīng)過(guò)持續(xù)反應(yīng)可達(dá)到完全無(wú)機(jī)化。所以半導(dǎo)體光催化氧化技術(shù)作為一種高級(jí)氧化技術(shù)，與生物法和其它高級(jí)化學(xué)氧化法相比，具有以下的顯著優(yōu)勢(shì)：1.以太陽(yáng)光為最終要求的輻射能源，把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能加以利用。由于太陽(yáng)光，對(duì)于人類來(lái)說(shuō)取之不盡、用之不竭，因此大大降低了處理成本，是一種節(jié)能技術(shù)。

　　2.光激發(fā)空穴產(chǎn)生的.OH是強(qiáng)氧化自由基，可以在較短的時(shí)間內(nèi)成功的分解水中包括難降解有機(jī)物在內(nèi)的大多數(shù)有機(jī)物，它還具有將水中微量有機(jī)物分解的作用，因此是一種具有普遍實(shí)用性的高效處理技術(shù)。

　　3.半導(dǎo)體光催化劑具有高穩(wěn)定性、耐光腐蝕、無(wú)毒的特點(diǎn)，并且在處理過(guò)程中不產(chǎn)生二次污染，從物質(zhì)循環(huán)的角度看，有機(jī)污染物能被徹底的無(wú)機(jī)化，因此是一種潔凈的處理技術(shù)。

　　4.對(duì)環(huán)境要求低，對(duì)PH值，溫度等沒(méi)有特別要求。

　　5.處理負(fù)荷沒(méi)有限制，即可以處理高濃度廢水，也可以處理微污染水源水。

　　可見(jiàn)，半導(dǎo)體光催化技術(shù)既可以在處理廢水時(shí)單獨(dú)使用，也可作為對(duì)生物處理法的補(bǔ)充和完善，兩種方法結(jié)合起來(lái)使用。

　　中國(guó)國(guó)土面積約為600多萬(wàn)平方公里，太陽(yáng)能年輻射總量每平方厘米超過(guò)60萬(wàn)焦，開(kāi)發(fā)利用前景十分廣闊。在注重將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能和熱能應(yīng)用的同時(shí)，也應(yīng)注重將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能加以利用。

　　同時(shí)，根據(jù)我國(guó)目前凈化水市場(chǎng)的發(fā)展情況看，半導(dǎo)體光催化易于在賓館、辦公室、家庭用凈化器上首先取得成功。

　　總之，半導(dǎo)體光催化技術(shù)為徹底解決水污染提供了新的思路和新的方法，具有良好的應(yīng)用前景。五、光催化氧化染料廢水的可生化研究進(jìn)展

　　最理想的廢水處理組合工藝是當(dāng)今社會(huì)面臨的一大挑戰(zhàn)。一方面許多不同種類廢水組成的問(wèn)世，另一方面又要面對(duì)處理當(dāng)中各種各樣的問(wèn)題。根據(jù)水的質(zhì)量、最終需求和經(jīng)濟(jì)方面的要求，只用單一的處理技術(shù)是不可能完全達(dá)到要求或者是不經(jīng)濟(jì)的。例如，固體物質(zhì)、油類和脂類的物理分離以及生物處理方法已經(jīng)顯示出在大多數(shù)情況下的經(jīng)濟(jì)性和可行性（市政廢水、食品及農(nóng)業(yè)加工廢水等等），然而，也有一些情況下一友誼賽方法的處理效率并不理想。由此通常利用化學(xué)方法處理廢水，其中大多數(shù)的原理是氧化--還原反應(yīng)，而且已經(jīng)轉(zhuǎn)化為應(yīng)用技術(shù)。臺(tái)氯化、臭氧化和紫外照射過(guò)程，電化學(xué)處理以及利用.OH自由基氧化的方法，通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)是一種去除有毒可溶性物質(zhì)有效的方法。上述處理方法中的大多數(shù)已經(jīng)被證實(shí)在該領(lǐng)域是十分有價(jià)值的，在去除污染物方面得到很好的結(jié)果。但是化學(xué)處理方法中也存在很多缺點(diǎn)，如需要大量氧化劑、能量及耗時(shí)等問(wèn)題，與物理和生物方法相比仍顯得價(jià)格較高。

　　使用如臭氧或.OH自由基這類的氧化劑進(jìn)行對(duì)有機(jī)化合物的氧化，通常會(huì)產(chǎn)生新的氧化產(chǎn)物，在大多數(shù)情況下新生成的氧化產(chǎn)物比前者更容易被生物降解。

　　所以，考慮將化學(xué)氧化過(guò)程和生物氧化相結(jié)合。一方面，化學(xué)氧化過(guò)程可以有效的去除污染物的毒性，降低COD和色度等，有利于生物氧化過(guò)程的進(jìn)行；另一方面，在投資和運(yùn)行費(fèi)用上，生物過(guò)程比化學(xué)過(guò)程便宜的多。生物過(guò)程的投資費(fèi)用比采用如臭氧或過(guò)氧化物的化學(xué)過(guò)程要少五到十倍。與此同時(shí)，運(yùn)行費(fèi)用將少三到十倍。而且生物處理技術(shù)已經(jīng)日臻成熟，已廣泛的應(yīng)用于水處理中。將光催化氧化技術(shù)與生物技術(shù)相結(jié)合必將是以后水處理的一個(gè)發(fā)展方向。

　　納米二氧化鈦光催化原理

　　首先，納米二氧化鈦在紫外光下會(huì)有更好的效果，但是并不是來(lái)說(shuō)在自然光下沒(méi)有作用，自然光中會(huì)有一部分紫外光，另外子西萊納米二氧化鈦對(duì)光的感應(yīng)波長(zhǎng)可以達(dá)到500nm左右，在日光燈下也有比較不錯(cuò)的效果源！

　　所以說(shuō)：

　　1）銀本身就有殺菌效果，但是銀在殺菌過(guò)程中的反應(yīng)是不可逆的，所以效果會(huì)慢慢減弱。納米二氧化鈦有沒(méi)有殺菌效果，要看納米二氧化鈦的光催百化效率，對(duì)光的感應(yīng)程度。度

　　2）農(nóng)藥多為大分子有機(jī)物質(zhì)，銀的氧化左右應(yīng)該可以分解部分農(nóng)藥。