【阿里巴巴化工】摘要：光催化技術(shù)是一種新型的綠色環(huán)保技術(shù)，ＴｉＯ２是光催化反應(yīng)中的一種研究較為廣泛的光催化劑，其在污水處理以及空氣凈化等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。文章綜述了ＴｉＯ２作為光催化劑的研究現(xiàn)狀，著重介紹了ＴｉＯ２光催化劑載體的研究及ＴｉＯ２的改性研究。并結(jié)合我們在ＴｉＯ２載體以及提高其催化活性方面所作的一些研究工作，提出一些看法。
關(guān)鍵詞：二氧化鈦；光催化劑；負(fù)載；光催化活性
引言
光催化氧化技術(shù)始于２０世紀(jì)７０年代。１９７２年，Ｆｕｊｉｓｈｉｍａ與Ｈｏｎｄａ［１］報導(dǎo)了在光電池中光輻射單晶ＴｉＯ２可以發(fā)生水的氧化還原反應(yīng)并產(chǎn)生氫氣。由此掀開了ＴｉＯ２光催化過程的歷史篇章。近年來，隨著光化學(xué)及技術(shù)的發(fā)展和進步，利用ＴｉＯ２多相光催化消除環(huán)境中的各種污染物的研究已引起人們的廣泛關(guān)注。ＴｉＯ２以其廉價無毒、導(dǎo)帶價帶電位合適、光腐蝕性小、無二次污染等諸多優(yōu)點，成為多相光催化領(lǐng)域的熱點，并被認(rèn)為是當(dāng)前最具有開發(fā)前景的綠色環(huán)保型光催化劑。
１ＴｉＯ催化劑研究現(xiàn)狀
迄今為止，關(guān)于光催化氧化機理方面的理論已經(jīng)相當(dāng)成熟，而圍繞著ＴｉＯ２光催化劑的研究卻方興未艾。有關(guān)光催化劑ＴｉＯ２的研究主要集中在以下幾個方面：光催化劑載體的研究、ＴｉＯ２固定化技術(shù)的研究、ＴｉＯ２的改性研究和納米化ＴｉＯ２的研制。文章集中介紹其中的載體、改性以及納米化的研制技術(shù)。
１．１ＴｉＯ２光催化劑載體的研究
光催化反應(yīng)發(fā)展初期主要采用粉末態(tài)投加方式，該法由于存在著無法回收、后處理復(fù)雜、操作運行費用高等缺點而難以在實際中應(yīng)用。針對這一問題國內(nèi)外學(xué)者在ＴｉＯ２的固定化方面做了大量工作。其中，無論是將ＴｉＯ２做成膜負(fù)載在玻璃片、纖維片、鋁片等材料上，還是將ＴｉＯ２負(fù)載在各種固體顆粒上，都需要尋求合適的載體。
１．１．１ＴｉＯ２載體的作用［３］
ＴｉＯ２光催化劑載體的作用主要體現(xiàn)在：
（１）固定ＴｉＯ２、防止流失、易于回收和提高ＴｉＯ２的利用率；
（２）增加ＴｉＯ２光催化劑整體的比表面積；
（３）提高光催化活性。因為某些載體可與ＴｉＯ２發(fā)生相互作用，有利于ｅ－ｈ＋的分離并增加對反應(yīng)物的吸附，同時實現(xiàn)載體的再生；
（４）提高光源利用率。如將ＴｉＯ２制成薄膜后，化劑表面受到光照射的催化劑粒子數(shù)目增加；
（５）將催化劑用載體固定，便于制成各種形狀的光催化反應(yīng)器。
１．１．２載體的類型
光催化劑載體首先要求能改善所擔(dān)載的物質(zhì)的組織結(jié)構(gòu)（如增加孔隙、表面積等），同時由于光催化劑是靠光和催化劑的結(jié)合來發(fā)揮催化作用的，只有被光激活的催化劑才具有光催化效果。因此，良好的光催化劑載體應(yīng)具有以下特點：具有良好的透光性；在不影響ＴｉＯ２光催化活性的前提下，與ＴｉＯ２顆粒間具有較強的結(jié)合力；比表面積大；對被降解的污染物有較強吸附
性；易于固液分離；有利于固－液傳質(zhì)；化學(xué)惰性等。
目前，國內(nèi)外研究較多的催化劑載體有：ＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３、玻璃纖維網(wǎng)（布）、空心陶瓷球、海砂、層狀石墨、空心玻璃珠、石英玻璃管（片）、普通（導(dǎo)電）玻璃片、有機玻璃、光導(dǎo)纖維、天然粘土、泡沫塑料、樹脂、木屑、膨脹珍珠巖、活性炭等。
（１）天然礦物類：天然礦物類物質(zhì)本身具有一定的吸附性和催化活性，且耐高溫，耐酸堿，常被用作催化劑的載體。目前已被用作ＴｉＯ２載體的有硅藻土、高嶺土、天然浮石和膨脹珍珠巖等。劉勛等研究了幾種不同天然礦物（硅藻土、蛭石、高嶺土、膨潤土、硅灰石和海泡石）與納米ＴｉＯ２的復(fù)合。結(jié)果表明，在６種天然礦物所制得的復(fù)合材料中，以海泡石光催化降解效率最高，作用６ｈ后，對甲基橙光降解率達到９８％。其次是硅藻土和硅灰石，分別達到８７％和８５％。且光催化降解效率與天然礦物吸附能力呈一一對應(yīng)關(guān)系。陳愛平等以輕質(zhì)絕熱保溫建筑材料膨脹珍珠巖作載體，制得了能長時間漂浮于水面的納米ＴｉＯ２負(fù)載型光催化劑，用于水面浮油的太陽光光催化降解。周波等采用天然浮石為載體負(fù)載ＴｉＯ２作光催化劑，利用高壓汞燈為光源對有機磷農(nóng)藥的光催化降解進行了研究。結(jié)果表明，濃度為１．２×１０－４ｍｏｌ·Ｌ－１的農(nóng)藥光照２ｈ左右可完全被光催化氧化為ＰＯ４。
（２）吸附劑類：這類載體為多孔性物質(zhì)，比表面積較大，是使用最為廣泛的一類載體。用作負(fù)載ＴｉＯ２的吸附劑類載體主要有活性炭、硅膠、多孔分子篩等。吸附劑類載體可以獲得較大的負(fù)載量，可以將有機物吸附到ＴｉＯ２粒子周圍，增加界面濃度，從而加快反應(yīng)速度。崔鵬等將活性炭負(fù)載到ＴｉＯ２膜作為光催化劑對甲基橙水溶液進行了光催化降解試驗。結(jié)果表明，與商品化的ＴｉＯ２微粉光催化劑的降解性能相比，其降解速率較高，由于ＴｉＯ２／Ｃ光催化劑中活性炭良好的吸附性能，使得光催化反應(yīng)體系內(nèi)產(chǎn)生了吸
附－反應(yīng)－分離的一體化行為，提高了光催化速率。國外的Ｖ．Ｍ．Ｇｕｎｋ等研究表明，在不同負(fù)載量下，ＴｉＯ２在硅膠表面均沒有形成連續(xù)涂層；ＴｉＯ２和ＳｉＯ２之間的作用力包括氫鍵、靜電力和少量的Ｓｉ－Ｏ－Ｔｉ鍵，ＳｉＯ２抑制了ＴｉＯ２從銳鈦型向金紅石型的相變。國內(nèi)的鄭光濤等采用溶膠－凝膠法將改性后的高效ＴｉＯ２光催化劑負(fù)載于球形硅膠上，得到了具有混晶結(jié)構(gòu)、大比表面積、高活性的納米ＴｉＯ２光催化劑。負(fù)載后的催化劑在紫外區(qū)具有強的吸收，比表面積達到３７９．８ｍ·ｇ－１。鄭珊等合成了ＴｉＯ２呈單層分散或雙層分散狀２態(tài)的多孔分子篩ＭＣＭ－４１。結(jié)果表明，負(fù)載后，ＭＣＭ－４１孔道表面的ＳｉＯ２以化學(xué)鍵相連生成Ｓｉ－Ｏ－Ｔｉ鍵。
（３）玻璃類：玻璃價廉易得，具有良好的透光性，便于設(shè)計成各種形狀，引起了研究者的重視。用于ＴｉＯ２光催化劑的載體有玻璃片、玻璃纖維網(wǎng)（布）、空心玻璃珠、玻璃螺旋管、玻璃筒、石英玻璃管（片）、普通（導(dǎo)電）玻璃片、有機玻璃等。張新英等以空心玻璃微球為載體，用溶膠－凝膠法制備負(fù)載型復(fù)合光催化劑，所得催化劑可以漂浮在水面上，便于回收和重新
利用。
（４）陶瓷類：陶瓷也是一種多孔性物質(zhì)，對ＴｉＯ２顆粒具有良好的附著性，耐酸堿性和耐高溫性較好，也可用作催化劑載體。若在日常使用的陶瓷上負(fù)載ＴｉＯ２，可以制成具有良好自潔功能的陶瓷，起到凈化環(huán)境的作用。賀飛等采用溶膠－凝膠法，在自制的陶瓷釉體表面制得粒徑大小為４０ｎｍ～１００ｎｍ的ＴｉＯ２晶粒。它緊密結(jié)合，形成透明均一無“彩虹效應(yīng)”的ＴｉＯ２光催化薄膜型自潔功能陶瓷，具有超級親水性和去污功能。
（５）有機類：由于ＴｉＯ２在陽光下能光催化氧化降解有機物，所以一般不用有機材料做載體。而某些高分子聚合物，如飽和的碳鏈聚合物或氟聚合物，有較強的抗氧化能力，所以也可以用于負(fù)載型ＴｉＯ２的研究。但由于·ＯＨ，·Ｏ２－的強氧化性，這些高分子聚合物載體只能在短期內(nèi)使用。目前，用于負(fù)載ＴｉＯ２的高分子聚合物載體有：聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯、聚丙烯、ＡＢＳ，Ｎａｆｉｏｎ薄膜等。劉平等研究認(rèn)為，ＴｉＯ２粒子的形
成與長大均限制在Ｎａｆｉｏｎ的微小孔籠中，粒子形成過程所需的物質(zhì)傳遞也僅能通過小通道進行；在該實驗的合成條件下，ＴｉＯ２晶體大小僅取決于Ｎａｆｉｏｎ孔籠直徑。
此外，在載體選擇時，必須對效率、催化活性、催化劑負(fù)載的牢固性、使用壽命、價格等作綜合考慮。