Photoelektrochemische Oxidation

Photochemische Oxidationsmethoden zum Abbau von Schadstoffen umfassen Prozesse, die sowohl katalytische als auch nichtkatalytische photochemische Oxidation umfassen. Erstere nutzen häufig Sauerstoff und Wasserstoffperoxid als Oxidationsmittel und nutzen ultraviolettes (UV) Licht, um die Oxidation und Zersetzung von Schadstoffen einzuleiten. Letztere wird als photokatalytische Oxidation bezeichnet und lässt sich allgemein in homogene und heterogene Katalyse einteilen.

Beim heterogenen photokatalytischen Abbau wird eine bestimmte Menge lichtempfindlichen Halbleitermaterials in Kombination mit einer bestimmten Menge Lichtstrahlung in das verschmutzte System eingebracht. Dies führt zur Anregung von „Elektron-Loch“-Paaren auf der lichtempfindlichen Halbleiteroberfläche unter Lichteinwirkung. Gelöster Sauerstoff, Wassermoleküle und andere auf dem Halbleiter adsorbierte Substanzen interagieren mit diesen „Elektron-Loch“-Paaren und speichern überschüssige Energie. Dadurch können die Halbleiterpartikel thermodynamische Reaktionsbarrieren überwinden und als Katalysatoren in verschiedenen katalytischen Reaktionen fungieren und stark oxidative Radikale wie •HO erzeugen. Diese Radikale erleichtern dann den Abbau von Schadstoffen durch Prozesse wie Hydroxyladdition, Substitution und Elektronentransfer.

Zu den photochemischen Oxidationsmethoden gehören die fotosensibilisierte Oxidation, die fotoangeregte Oxidation und die fotokatalytische Oxidation. Die photochemische Oxidation kombiniert chemische Oxidation und Strahlung, um die Geschwindigkeit und Oxidationskapazität von Oxidationsreaktionen im Vergleich zur einzelnen chemischen Oxidation oder Strahlenbehandlung zu erhöhen. Als Strahlungsquelle bei der photokatalytischen Oxidation wird üblicherweise ultraviolettes Licht verwendet.

Zusätzlich muss eine vorgegebene Menge an Oxidationsmitteln wie Wasserstoffperoxid, Ozon oder bestimmte Katalysatoren in das Wasser eingebracht werden. Diese Methode ist äußerst effektiv zur Entfernung kleiner organischer Moleküle, wie z. B. Farbstoffe, die schwer abbaubar und toxisch sind. Durch photochemische Oxidationsreaktionen entstehen im Wasser zahlreiche hochreaktive Radikale, die leicht die Struktur organischer Verbindungen zerstören.