影響光催化反應的因素有哪些

　　氣相光催化反應受到很多因素的影響，總結(jié)起來可分為兩大部分，一是催化劑本身的性質(zhì)，二是外部反應條件。對于催化劑本身的性質(zhì)，其主要由催化劑的制備方法決定，此處主要介紹外部反應條件對光催化反應的影響。

　　01光強的影響

　　光催化氧化研究多以主波長為254nm的紫外殺菌燈和主波長365nm的黑燈管作為光源，研究表明，當光的波長低于300nm時，會有殺菌的效果，而在260nm附近時對細菌的殺滅效果會更加明顯。DNA對這個波長范圍的紫外線吸收很強，因此主波長254nm的殺菌燈會對人的眼睛和皮膚造成傷害，甚至引發(fā)皮膚癌。如果將其應用到室內(nèi)空氣污染凈化實踐中，需要采取必要的控制措施。同時，主波長254nm的紫外線燈在其工作過程中，會與空氣接觸產(chǎn)生臭氧，造成二次污染，對人體造成傷害。

　　02污染物濃度

　　污染物的初始濃度會影響TiO2光催化降解的效率。如果氣相中有機污染物的初始濃度過高，則不利于反應的進行。原料中三氯乙烯濃度較高時會導致催化劑失活，這些失活現(xiàn)象主要是由于反應中間物在催化劑表面上吸附并占據(jù)了活性位所致，采用不含有機污染物的濕空氣并同時用紫外光照射，可以使吸附的中間產(chǎn)物脫附或被氧化，從而使催化劑得到再生。

　　03反應溫度

　　一般而言，反應溫度的升高有助于化學反應的進行，是提升化學反應速率常見的方法。反應溫度的升高對光催化反應速率會產(chǎn)生促進、抑制和先促進后抑制三種不同的作用。反應溫度對光催化反應的影響，可以分別從溫度對光催化劑表面反應(吸附反應、化學反應和脫附反應)、光催化劑表面活性以及光催化反應機制的影響等幾方面加以歸納。

　　04反應濕度

　　水蒸氣在光催化反應中起著重要作用，在TiO2表面有被吸附的水分子也有由化學吸附的水形成氫氧基。一般而言，在有水蒸氣存在的條件下，水分子會解離吸附在Ti4+上形成氫氧官能基，氫氧官能基除與表面空穴結(jié)合(釋放電子給光催化表面空穴)形成高反應性的氫氧自由基·OH，借以促進有機物的分解外，也可以吸附水和有機物分子成為光催化反應的活性位置。表面氫氧自由基在光催化反應過程中起著重要作用，因此氣相中水蒸氣濃度對反應速率有顯著影響。

　　從許多研究結(jié)果可以推斷，在其他條件(光強、催化劑等)不變的情況下，水蒸氣濃度從低到高，光催化反應速率經(jīng)歷了兩個過程：一方面在低濕度條件下，隨著水蒸氣濃度的增加，光催化反應速率相應增加；另一方面在高濕度條件下，隨著水蒸氣濃度增加，光催化反應速率相應減小。可將第一個過程稱為羥基自由基濃度控制過程。即在極低濕度條件下，羥基自由基的生成控制著反應速率的大小，濕度提高會加快羥基自由基的產(chǎn)生。第二個過程為競爭吸附控制過程。反應速率的大小受污染物同水蒸氣競爭吸附的影響，濕度增加，污染物在催化劑表面的吸附量降低，反應速率降低。

　　05反應氣體中氧含量

　　氧氣是光催化反應的必需因素，O2是氧化劑，同時也是良好的電子捕獲體，吸附在催化劑表面的氧分子會參與反應并消耗掉電子，也會增大禁帶的寬度，使得電子-空穴對的復合受到抑制，從而促進氧化能力。在高氧濃度時，反應速率與氧氣濃度關(guān)系不大。

　　06反應停留時間

　　反應停留時間對光催化分解有機物的影響，即為反應物與光催化劑接觸時間越長，光催化反應效果就越好。但反應停留時間增長會加大反應器的尺寸，空間上受到限制。因此，需要通過實驗確定最佳停留時間。