一般认为纳米TiO₂光催化降解的机理如下：锐钛型纳米TiO₂具有较高的光催化氧化能力。其禁带宽度为Eg=3.2eV,相当于波长387nm光的能量，这正好处于紫外区，所以，用TiO₂作为光催化氧化反应需紫外光源，例如，太阳光、卤钨灯、汞灯等。在紫外线作用下它的价带上电子被激发到导带，而在价带上产生空穴，形成自由电子一空穴对。即在紫外线的照射下，能够自行分解出自由移动的带负电的电子(e-)和带正电的空穴(h+)，发生一系列化学反应，形成电子一空穴对，而吸附溶解在TiO₂表面的氧俘获电子形成O2-，空穴则将吸收在TiO₂表面的OH-和H₂O氧化成HO·，生成的原子氧和氢氧自由基有很强的化学活性，特别是原子氧能与多数有机物反应，使有机物被氧化分解，最终分解为CO₂、H₂O和(或)无机物。

　　据统计目前已发现3000多种难降解的有机物可以在紫外线照射下，通过纳米TiO₂迅速降解，特别是当水中有机污染物浓度较高或用其他方法很难降解时，这种技术有着更明显的优势。

　　纳米TiO₂具有光催化降解性能，不仅可以处理废水中的有机污染物，同时也可以处理空气中的污染物。如氮氧化物(NOx)、油污、乙醇、甲醇、甲醛、丙酮、硫醇等，其中对氮氧化物降解率达80%。处理这些污染物，无需将污染物与主流液(气)体分离，就可以把它们直接转化为无毒、无害的CO₂、H₂O和(或)无机物。因而可以避免吸收、吸附等净化方法可能产生的二次污染。同时可以使操作过程简化。因此利用纳米TiO2光催化除污已成为治理环境最有发展前途的方法之一。

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