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紫外線光化學反應是利用紫外光子能量引發分子吸收光子,形成激發態而發生的化學反應。
紫外線是電磁波譜中波長介于100納米(nm)至400nm,根據波長的不同,紫外線可進一步劃分為:
·UV-A(320-400nm):能量較低,主要引起分子的電子激發,用于光固化、光催化等。
·UV-B(280-320nm):能量較高,能引起皮膚曬傷,用于光化學反應。
·UV-C(200-280nm):能量很高,具有強大的殺菌能力,其中254nm波長因與微生物DNA吸收峰接近而廣泛應用于消毒,此波段也常用于光化學降解。
·真空紫外線(100-200nm):能量最高,能被空氣中的氧氣強烈吸收,需在真空或特定惰性氣體環境下使用,其中185nm波長的VUV光能直接裂解水分子產生羥基自由基,在總有機碳(TOC)降解中非常有效。
光化學反應的二個主要的反應路徑:
1、光解反應
分子(M)吸收特定波長的紫外光子(hv),躍遷至激發態(M*)。激發態分子不穩定,可能通過多種途徑失活,其中之一就是化學鍵斷裂,形成自由基或更小的分子碎片,從而實現分子的降解。
M+ hy-M*. M*→降解產物
2、光催化氧化反應
光催化氧化是利用半導體材料作為催化劑(如TiO2),紫外光照射到催化劑,光吸收與電子-空穴對產生,當能量大于TiO2禁帶寬度(銳鈦礦型約為3.2eV,對應波長約387nm)的光子照射到其表面時, 價帶(Valence Band, VB)上的電子(e-)被激發躍遷至導帶(Conduction Band,CB),在價帶上留下一個帶正電的空穴(h+)。
Ti02 + hv→ Ti02(e- + h+)
產生的光生電子和空穴會向催化劑表面遷移,遷移到催化劑表面的空穴(h+)具有強氧化性,遷移到催化劑表面的電子(e-)具有還原性。
紫外線光化學技術在工業廢水處理中的應用:
紫外高級氧化工藝(UV-AOPs),因其高效降解難處理有機物、無選擇性攻擊、反應條件溫和等優點,在工業廢水處理領域展現出廣闊的應用前景。
紫外線光化學技術在純化水處理中的應用:
純化水處理,特別是在醫藥、食品飲料和電子等高科技行業,對水體的純度有著極為嚴苛的要求。紫外線光化學技術因其高效、清潔、無添加(或少添加)化學品等特性,在這些領域的高純水制備、痕量有機物去除和微生物控制方面發揮著不可或替代的作用。