Fotoelektrokjemisk oksidasjon

Fotokjemiske oksidasjonsmetoder for nedbrytning av forurensende stoffer inkluderer prosesser som involverer både katalytisk og ikke-katalytisk fotokjemisk oksidasjon. Førstnevnte bruker ofte oksygen og hydrogenperoksid som oksidanter og er avhengige av ultrafiolett (UV) lys for å starte oksidasjon og nedbrytning av forurensende stoffer. Sistnevnte, kjent som fotokatalytisk oksidasjon, kan generelt kategoriseres som homogen og heterogen katalyse.

Ved heterogen fotokatalytisk nedbrytning introduseres en viss mengde lysfølsomt halvledermateriale i det forurensede systemet, kombinert med en viss mengde lysstråling. Dette resulterer i eksitasjon av "elektron-hull"-par på den lysfølsomme halvlederoverflaten under lyseksponering. Oppløst oksygen, vannmolekyler og andre stoffer adsorbert på halvlederen samhandler med disse "elektron-hull"-parene og lagrer overflødig energi. Dette gjør at halvlederpartiklene kan overvinne termodynamiske reaksjonsbarrierer og fungere som katalysatorer i ulike katalytiske reaksjoner, og generere sterkt oksidative radikaler som •H2O. Disse radikalene letter deretter nedbrytningen av forurensende stoffer gjennom prosesser som hydroksyladdisjon, substitusjon og elektronoverføring.

Fotokjemiske oksidasjonsmetoder omfatter fotosensibilisert oksidasjon, fotoeksitert oksidasjon og fotokatalytisk oksidasjon. Fotokjemisk oksidasjon kombinerer kjemisk oksidasjon og stråling for å forbedre hastigheten og oksidasjonskapasiteten til oksidasjonsreaksjoner sammenlignet med individuell kjemisk oksidasjon eller strålingsbehandling. Ultrafiolett lys brukes ofte som strålingskilde i fotokatalytisk oksidasjon.

I tillegg må en forhåndsbestemt mengde oksidanter som hydrogenperoksid, ozon eller visse katalysatorer tilsettes vannet. Denne metoden er svært effektiv for fjerning av små organiske molekyler, som fargestoffer, som er vanskelige å bryte ned og har toksisitet. Fotokjemiske oksidasjonsreaksjoner genererer en rekke svært reaktive radikaler i vannet, som lett forstyrrer strukturen til organiske forbindelser.