5.8.3 光催化除臭的工艺设计
5.8.3.1 光催化剂
目前国内外研究和实践所使用的光催化剂大都是半导体催化剂。从理论上讲，只要半导体吸收的光能不小于其带隙能，就足以激发产生电子和空穴，该半导体就有可能用作光催化剂。由于涉及材料成本、化学稳定性、抗光腐蚀能力及光匹配性能等多种因素，大多数光催化剂还处于研究优化阶段。光催化剂根据其结构和组分的不同可以分为以下4种［106-109］：
（1）单一氧化物光催化剂：TiO2、ZnO、WO3、Fe2 O3和SnO2等，其中TiO2的研究和应用最为广泛；
（2）硫化物光催化剂：ZnS、CdS和RuS2等；
（3）复合型光催化剂：将TiO2与其他物质进行复合，可在一定程度上提高其光利用率和光量子效率，阻止电子和空穴的复合，改善其光催化活性；
（4）AB2O4型光催化剂：ZnFe2 O4为具有很高光催化活性及对可见光敏感的一类半导体催化剂。
在众多半导体催化剂中，TiO2因具有无毒、光催化活性高、稳定性高、氧化能力强、能耗低、可重复使用等优点而被应用在空气净化领域，是一种高效节能的光催化功能材料［110］。
5.8.3.2 光催化氧化反应速率的影响因素
1）光源与光照强度
光源选择将影响到光催化体系的稳定性、可控性等。光催化所用辐照光为紫外光或近紫外光部分：人工光源多为光强度大且波长可调的汞灯和氙灯，其使用便捷；而太阳光谱中的近紫外光足以将催化剂激活，常用作最经济的光催化反应的能源。光强对催化氧化降解速率的影响程度则与光强的大小有关。当光强增加时，照射到催化剂表面的光量子数也增多，因而促使更多的半导体电子被激发产生高能电子空穴对，从而提高印染废水处理工艺中的降解率。研究表明，降解速率与光强呈线性关系：在中等强度的光强下，降解速率与光强的平方根存在线性关系。
2）反应温度
反应温度是光催化反应中的一个影响因素，但影响程度有限。因为要激发TiO2光催化剂价带上的电子跨越禁带跃迁到导带上需要克服3.23 eV的禁带能量。而在一般的环境温度条件下，热能与禁带宽度能量相比是很低的，在25℃时热能也仅有0.0275 eV，远低于激发催化剂电子跃迁所需的能量。而且在光催化反应中受温度影响的反应步骤是吸附、解吸、表面迁移和重排，但都不是决定光反应速率的关键步骤，且光催化氧化反应的活化能较低，因而温度的变化对光催化氧化反应速率影响不大。
3）污染物初始浓度
污染物初始浓度的高低会影响反应速率。当污染物浓度较低时，传递到催化剂表面的污染物浓度较低，因此光催化反应速率较慢，随着浓度的升高，光催化反应速率提高。此外，初始浓度对反应速率的影响还与污染物的种类有关。
4）表面风速
风速能够影响气体污染分子在催化剂表面的吸附和脱附过程。当表面风速较低时，光催化反应主要受气体污染物传质速率的影响。污染物通过浓度差扩散到催化剂表面的反应活性位点，但是由于浓度差扩散速率很慢，污染物到催化剂表面的量很少，同时污染物降解产物不能被有效释放都导致光催化降解效率降低。而一定的风速有利于分子扩散，使污染物的传质速率增大，光催化降解污染物的效率提高。
5）多种污染物间的相互影响
光催化反应和一般的催化反应最大的区别就是光催化剂对反应底物没有选择性。光催化剂能同时催化包括脂肪族、芳香族及其卤代物、硫代物，以及NOx、SO2等多种有机物和无机物及气相污染物发生氧化反应而降解。不同污染物之间的相互影响有抑制作用、促进作用和无影响三种。例如：SO2能抑制甲醛和NO的光催化降解而甲醛对SO2的反应没有影响；CCl4可以促进甲烷的降解，而甲烷对CCl4的降解没有任何作用。
5.8.3.3 光催化除臭与其他技术的联用
多效单元技术的优化组合是当今水处理领域的发展方向，在加深对光催化反应技术理解的基础上，为了提高其效率，与其他技术联合使用将会开拓更为广阔的应用空间。
1）吸附技术与光催化除臭技术的结合
在活性炭吸附于光催化结合方面，国内外已进行了诸多探索。活性炭的吸附作用可以造成TiO2表面有机污染物浓度的局部升高，从而提高反应效率；被吸附的有机污染物参与氧化被反应掉，使活性炭在污染物环境中被再生，即原位再生。该组合技术有其自己的技术局限性，即TiO2只有存在于活性炭表面，被紫外光照射时才能发挥其作用，这使催化剂和光源的利用率较低。
2）光电催化氧化
光电催化氧化利用外电路驱动电荷，使光生电子转移到阴极，利用这种方法使空穴电子对的分离简单有效，且不需要不停地通入氧气作为接受电子的载体。从能源和环境方面考虑，可以预见其应用将具有潜在的工业前景。
3）微波场助光催化反应
将微波场引入光催化氧化反应，可能产生加速其反应3个方面的效应：①抑制载流子的复合。微波场使催化剂表面产生更多的缺陷，陷阱作用更强，从而降低了电子空穴对的复合。②促进水的脱附。微波场中水分子间的氢键结合被打断阻止了废气中水成分在催化剂表面的吸附，使更多的表面活性中心参与反应，提高了催化剂的利用率。③促进羟基自由基的生成。微波辐射使表面羟基处于激发态的数目增多，利于羟基自由基的生成。
采用光催化材料时，光催化材料对催化光解功效至关重要：例如，如果采用TiO2（建材）材料而不是锐钛矿型（光触媒介）TiO2触媒，则会完全没有催化光解功效。