在全球生态环境问题日益严峻的当下，环境净化技术的革新迫在眉睫。光催化反应系统作为一种新兴且极具潜力的技术，正逐步展现出其在应对各类环境污染问题上的独特优势与巨大价值，为环境净化领域带来了新的曙光。

一、光催化反应系统的基础原理

      光催化反应基于半导体材料的特殊光电性质。当特定波长的光照射到半导体光催化剂（如常见的 TiO₂、ZnO、g-C₃N₄ 等）表面时，光子能量被吸收，价带电子受激发跃迁到导带，从而在价带留下空穴，形成光生电子 - 空穴对。这些具有强氧化还原能力的电子和空穴，能够与吸附在催化剂表面的水分子、氧气等物质发生反应，产生具有极高活性的羟基自由基（・OH）、超氧自由基（・O₂⁻）等。以 TiO₂ 为例，其导带电子可与氧气反应生成超氧自由基，价带空穴则能将水分子氧化为羟基自由基。这些活性物种几乎可以无选择性地氧化分解大多数有机污染物，将其逐步矿化为二氧化碳和水等小分子无机物，同时也能对一些重金属离子进行还原或氧化转化，降低其毒性 。

二、技术突破点

（一）光催化剂的性能提升

1. 拓宽光响应范围：传统光催化剂（如 TiO₂）往往只能响应紫外光，而紫外光在太阳光中占比仅约 5%。为充分利用太阳能，科研人员通过元素掺杂（如 N、S、C 等非金属元素掺杂 TiO₂）、构建异质结（如将窄带隙半导体与宽带隙半导体复合形成 Z 型异质结，像 g-C₃N₄/TiO₂ 异质结）等手段，有效拓展了光催化剂的光吸收范围至可见光甚至近红外光区域。例如，扬州大学朱兴旺博士团队研制的全光谱响应氮碳光催化材料，通过特殊的结构设计与元素组成优化，极大地拓宽了光吸收范围，光生电子 — 空穴寿命长、化学稳定性高，整体效率相比传统催化剂提升 13.6 倍 。
2. 增强电荷分离效率：光生电子 - 空穴对容易发生复合，降低光催化效率。为此，研究人员采用缺陷工程（如引入氧空位）、表面修饰（如负载贵金属纳米颗粒，利用表面等离子体共振效应）以及构建有序微观结构（如制备纳米管阵列、介孔结构）等方式，优化载流子迁移路径，抑制电荷复合。昆明理工大学团队创新地将多尺度结构工程与异质界面工程相结合，制备出具有 “蛋黄 - 双壳” 构型的铜基复合微球，构建多级电子传输通道与梯度电场，促使光电子向内核定向迁移，将氧化性空穴锚定在表面活性位点，实现了光能吸收与电荷分离效率的同步提升，对四环素类抗生素的太阳能驱动降解效率达到传统材料的数十倍 。

（二）反应系统的优化设计

1. 新型反应器构型：为提高光的利用率和反应物与催化剂的接触效率，开发了多种新型反应器。如三维多孔网络结构反应器，通过 3D 打印或模板法制备，具有贯通孔隙，增大了光吸收面积与反应物扩散路径，适用于气体净化（如 CO₂ 还原）；还有层状异质结结构反应器，设计 “光吸收层 - 电解质层 - 催化活性层” 三明治结构，促进电荷定向迁移 。
2. 与其他技术的耦合：将光催化与其他技术协同，能发挥各自优势，提升整体净化效果。例如，光催化与生物酶催化结合，暨南大学江瑞芬副教授团队构建的基于直接电子转移的超分子光 - 酶催化体系，将氧化还原酶 — 漆酶封装在多孔的光活性氢键有机框架（PHOF）结构的缺陷区域内，形成稳定生物界面，解决了光催化与生物催化难以兼容的难题，在可见光条件下对双酚 A 等有机污染物的催化转化率和周转频率比游离酶高出两个数量级 。

三、在环境净化各领域的实践成果

（一）水污染治理

1. 有机污染物降解：工农业生产和生活污水中含有大量有机污染物，如酚类、染料、抗生素等。光催化反应系统能有效将其分解。如陕西科技大学李伟副教授课题组将优化的高活性 CdS/TiO₂ 异质结与有机铁电 PVDF 复配，制备出复合光催化薄膜，可在弱光强下快速持久地降解含铬废水中的有机物，同时将 Cr (VI) 还原成 Cr (III)，免除二次污染危害 。
2. 重金属离子处理：对于水中的重金属离子（如 Cr (VI)、Hg²⁺、Pb²⁺ 等），光催化可通过还原作用将高价态重金属离子转化为低价态或单质，降低其毒性与迁移性。一些光催化剂在光照下产生的电子能够与重金属离子发生还原反应，实现重金属的去除与回收 。
3. 水体富营养化治理：针对水体中过量的氮、磷等营养物质引发的富营养化问题，光催化可通过氧化分解含氮、磷的有机物，以及促进藻类等浮游生物的分解，缓解水体富营养化状况。某些光催化剂能够将含氮有机物氧化为氮气，减少水体中氮含量 。

（二）大气污染治理

1. 挥发性有机化合物（VOCs）净化：工业废气、汽车尾气以及室内装修等释放的 VOCs（如苯、甲苯、甲醛等）是大气污染的重要来源，且部分具有致癌性。格瑞乐环保研发的 “光催化除苯系物空气净化装置”，采用创新的钒酸铋 - 石墨烯复合光触媒材料，对可见光响应波长延伸至 550nm，即使在室内弱光下也能激活强氧化性羟基自由基，苯系物分解效率超 98%。该装置搭载双模式净化系统，先通过蜂窝活性炭层快速吸附高浓度污染物，再由光触媒催化膜深度裂解，杜绝二次污染风险 。
2. 氮氧化物（NOx）去除：在电厂、汽车尾气排放中，NOx 是主要污染物之一。科研人员设计具有脱硝功能的吸附型光催化剂及光电催化反应器件，进行光 / 光电催化同步氧化 NO 的研究。通过构造特殊纳米光催化剂，增强对 NO 的捕获、活化，并与光催化技术相结合，在可见光照射下，光电协同催化 NO 的去除率达 80% 以上 。
3. 温室气体转化：以 CO₂ 为例，利用光催化反应系统可将其还原为一氧化碳、甲烷、甲醇等有价值的化学品，实现 CO₂ 的资源化利用。通过设计合适的光催化剂和反应体系，模拟植物光合作用原理，将太阳能转化为化学能存储在产物中，既缓解了温室效应，又创造了经济价值 。

（三）土壤污染修复

1. 有机污染物修复：土壤中残留的农药、石油烃等有机污染物，可通过添加光催化剂并结合光照进行降解。光催化产生的活性物种能够深入土壤颗粒间，氧化分解有机污染物，逐渐降低其在土壤中的含量，恢复土壤生态功能 。
2. 重金属污染修复辅助：对于土壤中的重金属污染，光催化虽然难以直接去除重金属本身，但可通过光催化反应改变重金属的存在形态，促进其在土壤中的固定或植物提取。例如，光催化产生的物质可能与重金属离子发生络合等反应，降低其迁移性和生物有效性 。

四、挑战与展望

      尽管光催化反应系统在环境净化领域取得了显著进展，但仍面临一些挑战。如光催化剂的大规模制备成本较高，稳定性有待进一步提升；光催化反应效率在实际复杂环境中易受影响；目前多数研究处于实验室阶段，向大规模工程应用的转化还需克服诸多工程技术难题等 。

      展望未来，随着材料科学、纳米技术、工程设计等多学科的交叉融合发展，有望开发出更高效、稳定且低成本的光催化材料与反应系统。一方面，通过深入研究光催化反应机理，精准设计和优化光催化剂的结构与性能；另一方面，加强光催化技术与其他成熟环境净化技术的集成应用，推动光催化反应系统在环境净化领域实现更广泛、更高效的实际应用，为全球环境改善提供强有力的技术支撑，助力实现可持续发展目标 。

产品展示

      近年来半导体行业的快速发展，超高纯316L不锈钢，符合SEMI F20标准，通过真空感应熔炼+真空自耗重熔（VIM+VAR），并使用特殊的工艺处理，对材料进行最大程度的提纯，进一步减少了材料中的的非金属夹杂物和气体成分。EP管（316L，VIM+VAR）是表面经过电解抛光处理，以提高产品内部的平滑性，并在金属表面形成富铬层以提高耐腐蚀性，电解抛光后的产品做钝化处理以去除游离铁离子。EP抛光产品经 SEM、 ESCA/XPS、AES分析，产品质量完全满足半导体协会 SEMI F20 标准。

      基于EP抛光（316L，VIM+VAR）技术的发展，鑫视科shinsco采用国内优秀企业生产的EP管（316L，VIM+VAR）和EP自动阀门，替换了光催化活性评价系统的原有玻璃管路和阀门，并实现了PLC全面控制整套系统，实现了SSC-PCAE光催化活性评价系统的全自动化运行。

    SSC-PCAE光催化活性评价系统(Photocatalytic activity evaluation system)沿用半导体行业的真空技术，将玻璃管路和阀门替换为EP管和EP自动阀，实现了整个系统的全自动控制实验过程，全自动在线采样分析，实现了实验中真正的全自动运行。SSC-PCAE光催化活性评价系统主要应用于光解水、全解水、电催化、光催化CO2还原、光催化固氮、光电催化气体产物分析、耐压釜式反应、催化反应的微量气体收集等。

产品优势：

1)        封闭反应的产物气体收集、采样、在线分析的一体化系统；

2)        内置气体磁力增压泵，形成高强压差，实现气体快速混匀；

3)        全系统耐压-14.6psi ~150psi，实现了从真空到10atm的压力覆盖；

4)        应用半导体材料（TiO2、InO、C3N4、CdS等）催化剂的活性评价；

5)        催化剂产氢、产氧、光解水的性能分析；

6)        催化剂二氧化碳还原的性能分析；

7)        系统可配和玻璃、石英、不锈钢、PEEK、PTFE等材料制备的反应器使用

8)        可满足光电反应、气固反应、膜催化、多相反应等特殊实验要求；

9)        系统管阀件全部采用EP（316L，VIM+VAR）管和EP阀，对气体无吸附；

10)    系统即装即用，可兼容任意厂家气相色谱仪，无需额外增加进样阀门；

11)    GC测试范围广，氢、氧、CO2、甲烷、CO、甲醛、C1-C5等微量气体；