金思1 ，殷杰2
新疆中泰创新技术研究院有限责任公司，新疆 乌鲁木齐 830000
摘 要：作为大气污染的源头之一的氮氧化物，不仅破坏自然环境，还严重危害人类健康。光催化技术被环保界认定为当今世界最理想的环境净化技术，适用于浓度较低，排放源不稳定的污染场所中。在处理低浓度氮氧化物方面有优异的效果。本文综合国内外相关文献，对光催化技术原理及现有方法作出阐述，并对未来光催化剂的应用提出展望，以期为光催化技术的的科研工作提供参考。
1 前言
环境污染问题依旧严峻，长期积累下的环境问题存在治理难，见效慢的缺点。大气污染危害人类的的身体健康，影响人类的生存与经济发展。氮氧化物会引起臭氧损耗、光化学烟雾、雾霾、酸雨和全球变暖等污染问题。此外，氮氧化物会刺激呼吸系统，损害人体的心、肝、脾、肾、肺等器官。因此，去除氮氧化物，降低其对人体的慢性伤害有重要意义[1]。
光催化技术在能源和环境领域有着重要应用前景，具有安全、高效、环境友好的特点。光催化技术将自然界存在的光能转化为为化学能，不产生二次污染和资源浪费[2-3]。植物的光合作用是存在于自然界中的最典型的光催化反应。
2 光催化原理
光照射在催化剂上，催化剂为半导体，常用的半导体催化剂材料为n型半导体。半导体能带不连续，在光能的激发下，价带电子跃迁至导带，产生电子和空穴，即光生载流子，载流子与周围空气中存在的水分子或氧气分子发生反应，将光能转化为化学能，产生氧化能力很强的自由基，通过氧化还原反应，将污染物转化为无毒害的物质。现有研究中常通过抑制电子空穴复合、掺杂合适的半导体材料使电子空穴更易发生跃迁、增加半导体催化剂的光吸收性等手段提高催化剂的光催化性能。
3 光催化方法
光催化法因反应条件温和，室温常压下即可进行，操作便捷等特点而被广泛研究。常用的光催化去除氮氧化物的方法有三种：光降解、光催化还原和光催化氧化。
（1）光降解
光降解是指物质在光的作用下分解的过程，将氮氧化物分步解离为氮原子和氧原子，重组得到氮气和氧气的过程[3]。光降解过程可以分为氧化反应、间接光解和直接光解。光降解技术催化剂不失活且不需要引入还原剂，但选择性较差，效率低且易产生副产物。
（2）光催化还原
光催化还原法常以氨气或烃类化合物作还原剂将氮氧化物转化为氮气[4-6]。但是，烃类化合物易被空气中的水分子氧化为二氧化碳，并可能产生有害副产物。
（3）光催化氧化
光催化氧化法是将氮氧化物转化为NO3-，吸附于催化剂表明，进而去除氮氧化物的过程[7-11]。此方法与植物固氮相一致，产物NO3-可吸收回用。但催化剂因NO3-的吸附活性会降低，常需要通过水洗等操作使催化剂保持较高的活性[12]。
4 展望
光催化技术有重要的应用前景。利用自然界的太阳能，在温和的条件下处理低浓度的污染物，能耗少且效率高，几乎不产生资源浪费和二次污染。针对现有催化剂及研究技术特点，可从以下几点来拓展研究方向：（1）结合光催化技术与电催化技术的优势，结合电能、光能和化学能，解决能源短缺及环境污染问题。（1）制备膜类催化材料，涂覆于建筑材料表层或汽车表面，便于充分利用太阳能，改进现有粉末催化剂不宜回收的缺点。
参考文献：
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[12] Mel A.D., Murad F., Seifalian A.M. Nitric Oxide: A Guardian for Vascular Grafts[J]. Chemical Reviews, 2011, 111 (9): 5742-5767.
收稿日期：2020-09-20
[作者简介：金思(1992—)，女(汉)，研究方向：环境治理，化工传质与分离。
殷杰(1988—)，男(汉)，研究方向：化工安全。]关键词：大气净化；氮氧化物；光催化；