納米光催化氧化水處理技術

當物質“粉碎”成納米級并制成納米材料時會有多種物理效應，光、電、熱等會發生變化，還具有輻射、吸收、催化、、吸附等許多新特性，而且具有在眾多納米技術中，納米材料學、納米電子學和納米醫藥學是目前比較受重視的三個研究方面。有研究者指出，納米技術對水中粒徑為200nm污染物的去除能力是其他技術的，認為納米技術可在污染、低成本脫鹽等發揮作用，直接向受污染沉積物或地下水中注入納米鐵可治理污染，其有可能替代常規的鐵墻技術。

　在水處理中，應用的納米催化材料應是n型半導體納米材料。而在常規催化氧化法基礎上發展起來的以納米材料為催化劑的催化氧化水處理技術將具有的功效。

　一般認為，光催化活性是由催化劑的吸收光能力、電荷分離和向底物轉移的效率決定的。當納米半導體粒子受到大于禁帶寬度能量的光子照射后，電子從價帶躍遷到導帶而產生了電子一空穴對。電子具有還原性，空穴具有氧化性，從而了物的合成或使物降解。

納米半導體材料的特性和催化效果各有不同，但作為光催化劑它們的催化活性與相應的體相材料相比有顯著提高，其原理在于：①通過量子尺寸限域造成吸收邊的藍移；②由散射的能級和躍遷選律造成光譜吸收和發射行為結構比；③與體相材料相比，量子阱中的熱載流子冷卻速度下降，量子效率提高；①納米半導體粒子所具有的量子尺寸效應使其導帶和價帶能級變成分立的能級，能隙變寬，導帶電位變得更負，而價帶電位變得更正，這意味著納米半導體粒子獲得了的還原及氧化能力，從而催化活性隨尺寸量子化程度的提高而提高。除此以外，還在于納米半導體粒子的粒徑和吸收特性。

　納米半導體粒子的粒徑通常小于空間電荷層的厚度。在此情況下，空間電荷層的任何影響都可忽略，光生載流子可通過簡單的擴散從粒子內部遷移到粒子表面而與電子供體或受體發生還原或氧化反應。粒徑越小則電子與空穴復合幾率越小，電荷分離效果越好，從而導致催化活性的提高。在光催化反應中，反應物吸附在催化劑的表面是光催化反應的一個前置步驟，催化反應的速率與該物質在催化劑上的吸附量有關。納米半導體粒子強的吸附效應甚至允許光生載流子優先與吸附的物質進行反應而不管溶液中其他物質的氧化還原電位順序。在催化反應過程中，納米材料的表面特性和缺陷數量具有同樣重要的作用。