Fotoelektrokemiallinen hapetus

Saasteiden hajottamiseen tarkoitetut fotokemialliset hapetusmenetelmät sisältävät prosesseja, joihin liittyy sekä katalyyttinen että ei-katalyyttinen fotokemiallinen hapetus. Ensimmäisessä käytetään usein happea ja vetyperoksidia hapettimina ja se on riippuvainen ultraviolettivalosta (UV) saasteiden hapettumisen ja hajoamisen aloittamiseksi. Jälkimmäinen, joka tunnetaan fotokatalyyttisenä hapetuksena, voidaan yleensä luokitella homogeeniseksi ja heterogeeniseksi katalyysiksi.

Heterogeenisessä fotokatalyyttisessä hajoamisessa tietty määrä valoherkkää puolijohdemateriaalia tuodaan saastuneeseen järjestelmään yhdistettynä tiettyyn määrään valosäteilyä. Tämä johtaa "elektroniaukko"-parien virittymiseen valoherkällä puolijohdepinnalla valoaltistuksen alaisena. Liuennut happi, vesimolekyylit ja muut puolijohteeseen adsorboituneet aineet ovat vuorovaikutuksessa näiden "elektroniaukko"-parien kanssa ja varastoivat ylimääräistä energiaa. Tämä antaa puolijohdehiukkasille mahdollisuuden voittaa termodynaamiset reaktioesteet ja toimia katalyytteinä erilaisissa katalyyttisissä reaktioissa, jolloin syntyy erittäin oksidatiivisia radikaaleja, kuten •HO. Nämä radikaalit helpottavat sitten epäpuhtauksien hajoamista prosessien, kuten hydroksyyliaddition, substituution ja elektroninsiirron, kautta.

Fotokemialliset hapetusmenetelmät kattavat valoherkistetty hapetuksen, fotoeksitoitu hapetuksen ja fotokatalyyttisen hapetuksen. Fotokemiallisessa hapetuksessa yhdistyvät kemiallinen hapetus ja säteily, mikä parantaa hapetusreaktioiden nopeutta ja hapetuskykyä verrattuna yksittäisiin kemiallisiin hapetuksiin tai säteilykäsittelyihin. Ultraviolettivaloa käytetään yleisesti säteilylähteenä fotokatalyyttisessä hapetuksessa.

Lisäksi veteen on lisättävä ennalta määrätty määrä hapettimia, kuten vetyperoksidia, otsonia tai tiettyjä katalyyttejä. Tämä menetelmä on erittäin tehokas pienten orgaanisten molekyylien, kuten väriaineiden, poistamiseen, joita on vaikea hajottaa ja jotka ovat myrkyllisiä. Fotokemialliset hapetusreaktiot tuottavat veteen lukuisia erittäin reaktiivisia radikaaleja, jotka helposti häiritsevät orgaanisten yhdisteiden rakennetta.