光催化氧化工艺作为高档氧化技能的一种，是指有机污染物在光照下，经过催化剂完成分化。使用光催化降解手法消除有机污物是近年发展起来的一项新废水处理技能，在常温常压下即可进行，不会发生二次污染，使用规模恰当广泛，因其具有其他处理办法难以比较的优越性，该技能也已成为国际上环境管理的前沿性研讨课题，备受世界各国注重，并用于饮用水和废水处理的中。
非均相光化学催化氧化首要是指用半导体，如TiO2，ZnO等经过光催化效果氧化降解有机物，这是近来研讨的一个热门。将半导体资料用于催化光降解水中有机物的研讨始于近十几年。现在，研讨最多的是硫族化物半导体资料，如TiO2，ZnO、CdS、WO3、SnO2等。光催化原理简略地说，便是这些半导体资料在紫外线的照耀下价带电子会被激起到导带，然后发生具有很强反响活性的电子(e-)-空穴(h+)对，这些电子-空穴对搬迁到半导体外表后，在氧化剂或复原剂(如污染物或小分子有机物)效果下，可参加氧化复原反响，然后起到降解污染物的效果。
不同的光敏半导体在水处理中表现为不同的光催化活性，在这些半导体催化剂中，TiO2化学性质安稳、难溶、无毒、成本低、并且具有较深的价带能级，可使一些吸热的化学反响在被光照耀的TiO2外表得到完成和加快，加之TiO2对人体无害，被公认为是抱负的光催化资料，所以现在在半导体的光催化研讨中以TiO2最为生动。在20世纪前期，TiO2首要作为工业原料被广泛的用于染料、遮光剂、涂料、油膏等范畴。
自从1972年Fujishima等发现TiO2电极在紫外光照耀下能够电解水今后，因为其在光伏、光催化、光电化学和光电传感器等范畴具有许多潜在的使用，因而引起了世界规模对TiO2研讨的热潮。而其他催化剂如Fe2O3、ZnO、ZnS、CdS等不适具有毒性便是不安稳，在光照下简单被腐蚀。出水中往往存在Fe3+、Zn2+、Cd2+，并且效果没有TiO2好，故一般不适用。正因为TiO2的这些长处，被广泛用于光催化处理多种水机废水。
半导体资料之所以能作为催化剂，是由其自身的光电特性所决议的。依据界说，半导体粒子含有能带结构，通常情况下是由一个充溢电子的低能价带和一个空的高能导带构成，它们之间由禁带分隔。当用能量等于或大于禁带宽度(一般在3eV以下)的光照耀半导体时，其价带上的的电子(e)被激起，跳过禁带进入导带，一起在价带上发生相应的空穴(h+);与金属不同的是，半导体粒子的能带间短少接连区域，因而电子-空穴对的寿数较长。在半导体悬浮液中，在能量的效果下电子与空穴别离并搬迁到粒子外表的不同方位，参加加快氧化复原反响，复原和氧化吸附在外表上的物质。光致空穴有很强的得电子才能，可攫取半导体颗粒外表有机物或溶剂中的电子，使本来不吸收光物质被活化氧化，电子也具有强复原性，生动的电子、空穴穿过界面，都有才能复原和氧化吸附在外表的物质。
搬迁到外表的光致电子和空穴既能参加加快光催化反响，一起也存在着电子与空穴复合的可能性。假如没有恰当的电子和空穴抓获剂，储藏的能量在几个纳秒之内就会经过复合而消耗掉。而假如选用恰当的抓获剂或外表空位来抓获电子或空穴，复合就会遭到按捺，随即的氧化复原反响就会发生。因而电子结构、吸光特性、电荷搬迁、载流子寿数及载流子复合速率的最佳组合关于进步氧化活性是至关重要的。因为光致空穴和电子的复合在ns到ps的时间内就能够发生，从动力学视点看，只要在有关的电子受体预先吸附在催化剂外表时，界面电荷的传递和被抓获才具有竞争性。
水溶液中的光催化氧化反响，在半导体失掉电子的首要是水分子，OH-和有机物自身也均可充任光致空穴的抓获剂，水分子经变后生成氧化才能极强的羟基自由基.OH，・OH是水中存在的氧化剂中反响活性最强的，并且对效果物简直没有挑选性。光致电子的抓获剂首要是吸附于TiO2外表的氧，它既可按捺电子与空穴的复合，一起也是氧化剂，能够氧化已羟基化的反响产品，是外表羟基的另一个来历。一起TiO2外表高活性的e具有很强的复原才能，能够复原去除水体中的金属离子。
可见，羟基自由基具有很高的氧化电位，是一种强氧化剂。OH・氧化电位为2.08V，仅次于氟的2.87V，故它在降解废水时具有以下特色：OH・是高档氧化进程的中心产品，作为引发剂诱发后边的链反响发生，对强降解的物质的开环、断键，将难降解的污染物变成低分子或易生物降解的物质特别适用;OH・简直无挑选地与废水中的任何污染物反响，直接将其氧化为CO2、水或盐，不会发生二次污染;它是一种物理-化学处理进程，很简单操控，以满意各种处理要求;④反响条件温文，是一种高效节能型的废水处理技能。
在光催化氧化进程中，有机物降解进程一般反响形式如下：有机物污染→醛类→羧酸类→二氧化碳和水。
综上，光催化氧化反响的过程能够描绘如下：反响物、O2及水分子吸附于TiO2外表;经光照耀后，TiO2发生电子及空穴;电子和空穴别离分散到TiO2粒子外表;电子、空穴、氧及水分子构成氢氧自由基;氢氧自由基和反响物进行氧化反响。
