半导体光催化的光致空穴(h+)具有很强的氧化能力。以TiO2为例，光激发产生的h+氧化电位约为3.0 eV，高于臭氧的2.07 eV和Cl2的1.36 eV(均以标准电位计)。h+的氧化性远远强于臭氧和Cl2，可以氧化水中几乎所有的有机污染物：
(1) 化工生产过程中的苯系中间体。其中含卤衍生物，例如氯酚、氯苯等，这类氯化物是水中较常见的毒性大、难治理的污染物。
(2) 染料。主要含苯环、氨基、偶氮等基团，具有致癌、致畸、致突变性。
(3) 农药。例如，有机磷农药、三氮硝基甲烷等，具有难降解、易富集等特点。有的农药尽管不能完全矿化，但却能将原先毒性较大的污染物分解成毒性较小的有机物。
(4) 含油废水、表面活性剂。这类来源于日常生活用水的排放。
此外，还可以处理水中无机物(氰化物、含Cr废水等)和微生物(细菌、病毒等)等污染。
与传统水处理方法相比，新型光催化氧化废水处理有以下优点：
(1) 环境温度下即可反应，能耗低。
(2) 广谱性强，几乎可以降解所有水中有机污染物。
(3) 降解速度很快，氧化性强，净化彻底，没有二次污染。
(4) 特别适合处理大量的、低浓度和高毒性的有机污染物。
(5) 催化剂可重复使用。理论上说，催化剂寿命无限长。
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