光催化技术在大气污染治理工程中的应用研究

光催化技术在大气污染治理工程中的应
用研究
摘要：随着人类工业生产和城市化进程的加速，大气污染日益严重，不仅
对人类健康造成威胁，也对环境产生了负面影响。

针对大气污染治理问题，传统
的治理技术和方法已经无法满足要求，新的技术和方法逐渐得到关注和应用。

其中，光催化技术因其高效、可控、环保等优点，被广泛应用于大气污染治理工程。

本文对光催化技术进行了一定介绍，在此基础上，进一步探讨了光催化技术在大
气污染治理工程中的具体应用，并结合案例进行了分析，有助于促进光催化技术
在大气污染治理工程中的广泛应用，进而提高大气污染治理工作水平。

关键词：光催化；大气污染；治理
1前言
随着人们生活水平的提高和工业化进程的加速，大气污染问题越来越引起人
们的关注。

传统的大气污染治理技术难以满足现代社会的需求，因此发展新型的、高效的污染治理技术变得非常必要。

光催化技术通过利用光催化材料在光照下产
生的电子和空穴，以及催化剂表面的活性位点，将污染物分解为无害物质，从而
达到净化空气的目的。

光催化技术具有反应效率高、处理效果好、无二次污染等
优点，在大气污染治理中具有广泛的应用前景。

2光催化技术概述
2.1光催化反应的机理
光催化反应的机理主要包括以下几个步骤：
（1）光吸收：光催化反应首先需要光子的激发，光子能量越大，激发的电
子就越多。

当光子与催化剂相遇时，催化剂中的电子会吸收光子的能量，从基态
激发到激发态，成为激发态电子。

（2）活性中间体的形成：激发态电子与催化剂分子中的分子轨道上的电子
发生相互作用，形成活性中间体。

这些活性中间体通常具有高度的反应活性和选
择性。

（3）氧化还原反应：活性中间体与污染物接触后，会发生氧化还原反应。

光催化反应中的氧化还原反应通常是指光致电荷转移反应（PCET）或电子转移反
应（ET）。

PCET反应是指电子和质子同时转移，ET反应是指只有电子转移。

2.2光催化技术的特点
光催化技术的特点主要包括以下几个方面：
（1）选择性强：光催化反应是一种非常选择性的反应，可以选择性地催化
某些分子的氧化还原反应，而不影响其他分子的反应。

（2）绿色环保：相比传统的大气污染治理技术，光催化技术不需要使用高温、高压、高能量等环境污染性大的条件，也不会产生二次污染物。

（3）高效能：光催化技术可以在常温常压下进行，且反应速率非常快，可
以在短时间内有效降解有害物质。

（4）易于操作：光催化反应设备可以设计得非常小巧，不需要太多的空间，操作起来也比较简单。

3光催化技术在大气污染治理工程中的应用
3.1VOCs治理
光催化技术在VOCs治理中的应用主要包括以下几个方面：
（1）光催化氧化：光催化氧化是利用光催化材料，如纳米TiO2等，产生的
活性氧化物质（如·OH）对VOCs进行氧化降解的过程。

光催化氧化具有高效、
低成本、无二次污染等优点，已被广泛应用于VOCs治理中。

（2）光催化光解：光催化光解是利用光催化材料吸收光能后，产生的电子
和空穴对VOCs分子进行裂解的过程。

光催化光解具有高效、无二次污染等优点，但需要光催化材料具有合适的光吸收谱以及高的光量子效率才能实现。

（3）光催化吸附：光催化吸附是利用光催化材料表面的化学反应活性位点
对VOCs进行吸附，然后利用光催化材料产生的活性氧化物质对吸附的VOCs进行
降解。

光催化吸附具有高的吸附效率和降解效率，但需要光催化材料表面的化学
反应活性位点和吸附性能都较好才能实现。

除了以上三种主要应用方式，光催化技术在VOCs治理中还有其他应用方式，如反应器设计、催化剂改性等。

其中，反应器设计是针对不同类型的VOCs选择
不同的反应器结构和操作条件，以提高光催化反应的效率和降解率；催化剂改性
是通过改变催化剂的物理和化学性质，增强其催化活性和稳定性，以提高光催化
降解VOCs的效果。

3.2NOx治理
光催化技术在NOx治理中的应用主要包括以下几个方面：
（1）光催化氧化：光催化氧化是利用光催化材料，如纳米TiO2等，产生的
活性氧化物质（如·OH）对NOx进行氧化降解的过程。

光催化氧化可以将NOx氧
化为NO2或N2O5等易于吸附的物质，从而降低NOx的浓度。

光催化氧化具有高效、低成本、无二次污染等优点，已被广泛应用于NOx治理中。

（3）光催化还原：光催化还原是利用光催化材料吸收光能后，产生的电子
和空穴对NOx分子进行还原的过程。

光催化还原可以将NOx还原为N2等无害物质，从而降低NOx的浓度。

光催化还原具有高效、无二次污染等优点，但需要光催化
材料具有合适的光吸收谱以及高的光量子效率才能实现。

（4）光催化吸附：光催化吸附是利用光催化材料表面的化学反应活性位点
对NOx进行吸附，然后利用光催化材料产生的活性氧化物质对吸附的NOx进行降解。

光催化吸附具有高的吸附效率和降解效率，但需要光催化材料表面的化学反
应活性位点和吸附性能都较好才能实现。

此外，光催化技术在NOx治理中还可通过反应器的设计和催化剂的改性等方
式实现降低NOx浓度的目的。

例如，通过改变反应器的结构和操作条件来优化光
催化反应的效率和降解率；通过改变催化剂的物理和化学性质来增强其催化活性
和稳定性，以提高光催化降解NOx的效果。

3.3PM2.5治理
光催化技术在PM2.5治理中的应用主要包括以下几个方面：
（1）光催化氧化：光催化氧化是利用光催化材料，如纳米TiO2等，产生的
活性氧化物质（如·OH）对PM2.5进行氧化降解的过程。

光催化氧化可以将PM2.5
中的有机物氧化为CO2和H2O等无害物质，从而降低PM2.5的浓度。

光催化氧化具
有高效、低成本、无二次污染等优点，已被广泛应用于PM2.5治理中。

（2）光催化降解：光催化降解是利用光催化材料吸收光能后，产生的电子
和空穴对PM2.5分子进行降解的过程。

光催化降解可以将PM2.5中的有机物降解为CO2和H2O等无害物质，从而降低PM2.5的浓度。

光催化降解具有高效、无二次污
染等优点，但需要光催化材料具有合适的光吸收谱以及高的光量子效率才能实现。

（3）光催化吸附：光催化吸附是利用光催化材料的吸附性能对PM2.5进行吸附，然后再利用光催化材料产生的活性氧化物质进行降解的过程。

光催化吸附可
以将PM2.5中的有机物和无机物吸附在光催化材料表面，从而降低PM2.5的浓度。

光催化吸附具有高效、低成本等优点，但需要光催化材料具有良好的吸附性能。

4光催化技术在大气污染治理工程中的应用案例
某城市的环境空气质量一直较差，PM2.5浓度常年超标。

市政府决定在市区范
围内建设一座大型光催化污染治理设施，使用光催化技术治理大气污染。

该设施采用的光催化反应材料为二氧化钛（TiO2），主要应用于处理汽车尾气、工业废气、燃煤电厂废气等污染源。

设施的建设包括以下几个方面：
（1）建设适宜的光催化反应器
在设施中，设计了一个废气光催化反应器，其主要由光催化反应材料、反应器、UV灯管等组成。

通过优化反应器的结构和形状，可以增大反应表面积，提高反应效率。

（2）选择合适的UV光源
UV光源是激活反应材料，使其发生光催化反应的关键。

设施中采用的UV灯管有两种，一种是紫外线（UV-C），另一种是紫外线-A（UV-A）。

在选用UV光源时，需要考虑其波长、光强等因素，以确保光催化反应的顺利进行。

（3）确定最佳的操作参数
在实际操作中，需要考虑污染源浓度、进气流速、反应器温度等因素，以确定最佳的操作参数，提高光催化治理效果。

经过一段时间的治理，监测数据显示，污染源附近的空气质量得到了明显改善，PM2.5浓度下降了近50%。

总之，光催化技术在大气污染治理工程中具有很大的应用前景，能够对有机污染物进行高效降解，治理效果显著，是一种有效的治理手段。

5结语
总而言之，光催化技术在大气污染治理工程中具有广阔的应用前景，但需要进一步探索光催化材料的选择、反应机理和光照条件等方面的优化和改进，以提高光催化技术在大气污染治理中的实际应用效果。

参考文献：
[1]杨飞. 纳米光催化技术在大气污染治理中的应用探究[J]. 资源节约与环保,2021,(05):88-89.
[2]侯毓,王春艳. 论大气污染治理中纳米光催化技术的应用[J]. 绿色环保建材,2019,(07):8-9.
[3]王耀彬. 纳米光催化技术在大气污染治理中的应用探究[J]. 低碳世界,2019,9(02):13-14.
[4]韩冰. 大气污染治理中纳米光催化技术的具体应用[J]. 四川建
材,2019,45(01):4-5.
[5]魏茂魁. 关于纳米光催化技术在大气污染治理中的作用分析[J]. 科技创新导报,2018,15(32):80+101.
[6]续钊. 浅谈纳米光催化技术在大气污染治理中的应用[J]. 现代农业研究,2018,(10):113-114.。