光化学原理

光随其波长不同则具不同能量（见图15－1－3.1）。波长越短，其光能越大。水处理中光分解过程所用光的波长为100～400nm，即紫外光，其光子能量为1200～300kJ／E（einstein，即E）。紫外光随其波长不同可分为真空紫外光（100～190nm）、远紫外光（190～280nm）、紫外光（280～315nm）和近紫外光（315～400nm）。其波长越短，则光子能量越大，因此可用于各种不同光化学反应等。 图15－1－3.2示出光化学反应，其中光分解反应（photolysis）是反应物直接吸收紫外光（即光激发）而转化为产物，而光催化分解反应photocatalysis）则是通过紫外光使催化剂达到光活化（光激发）所进行的反应。在光分解过程中，破坏化合物化学键所需要的离解能与紫外光所具能量大小之间的关系至关重要。 例如，C－Cl键离解能为339kJ／mol，具有与此相当能量的紫外光波长为353nm；这样，具有C－Cl键的化合物能够直接吸收353nm以下波长的紫外光时，其C－Cl键就会被破坏，致使此化合物光分解。 倘若此化合物不能直接吸收该波长的紫外光，那么系统内有其他物质，如光敏剂，则它首先吸收紫外光，接着将所激发的能量转移到反应物上，引起光激化。将这种能量转移称为光敏化（photosensitization）或光敏作用。此外，光敏剂首先吸收紫外光，接着引起化图15－1－3.1紫外光谱图15－1－3.2光化学反应（a）光分解；（b）光催化分解学反应，并生成自由基，这种自由基与化合物反应，最终与直接吸收光的光分解情况一样都得到相同的产物。这种能量转移被称为化学敏化（Chemosensitization）。例如，FeOH2＋络合物等化学敏化剂吸收近紫外光后而生成羟基自由基（·OH），它对各种化合物都显示出很强的氧化能力。在过氧化氢（H2O2）存在下，利用上述反应的光化学处理过程被称为光芬顿Photo－Fenton）反应。此外，紫外光／H2O2／草酸铁络合物也具有类似反应机理，同属光均相催化氧化过程，其特点是都利用化学敏化剂。