tio2光催化剂固定化载体和应用进展

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1、TiO2光催化剂固定化载体和应用进展　　摘要：介绍TiO2光催化氧化反应机理、固定化载体的种类、性能、固载方法及应用，并展望了Ti02光催化剂今后的研究方向．关键词：TiO2；固定化；载体；应用Abstract:ThispaperintroducestheTiO2photocatalyticoxidationreactionmechanism,theimmobilizedcarriertypes,performance,immobilizationmethodsandapplication,andthefutureresearchdirectiono

2、fTi02photocatalyst.Keywords:TiO2;immobilization;carrier;application中国分类号：O643.36文献标识码：A文章标号：7半导体多相光催化，是在光和半导体催化剂的作用下进行的催化化学反应，其中尤以TiO2光催化剂应用最为广泛。TiO2光催化氧化法克服了生物处理法难以降解的染料、农药、医药等废水中复杂的、环状分子结构的有毒污染物的缺点，还避免了絮凝、沉淀法仅能去除不溶性、溶胶性污染物的局限性及一般化学氧化法氧化作用的不彻底性，几乎可与任何有机污染物反应，并将其彻底氧化成无污染的二氧化碳、水

3、或者矿物盐[1]。其工艺简单、成本低廉，无二次污染、无毒、耐热性好,催化活性高，具有广阔的应用前景。1TiO2光催化的基本原理光催化氧化是以N型半异体的能带理论为基础的[2]。TiO2是一种N型(电子导电型)半导体氧化物，其光催化原理可用半导体的能带理论来阐释[3]。由于TiO2晶粒是一种禁带宽度为3.2eV的宽禁带半导体，由填满电子的低能价带(VB)和空的高能导带(CB)构成。当光照射在TiO2晶粒表面时，能量大于或等于3.2eV的光子可激发价带电子向导带跃迁，形成电子—空穴对。活泼的电子和空穴可以分别从半导体的导带(CB)和价带(VB)迁移至半导

4、体/吸附物界面，而且跃过界面，使被吸附的物质氧化和还原；同时还存在电子、空穴的复合[4]。基本反应式可表示如下[5]：TiO2+h++e-(1)H2OH++OH-(2)h++OH-HO(3)h++H2OHO+H+(4)e-+O2O2-(5)O2-+H+HO2(6)2HO2O2+H2O2(7)H2O2+O2-HO+OH-+O2(8)7H2O2+2HO(9)2负载型TiO2光催化的制备TiO2光催化剂的负载方法分为两种[6]，一是物理负载法，直接将已制成的高活性TiO2粉末固定在载体上，不涉及化学反应，主要类型有粉体烧结法，热/胶黏法，二是化学负载法，利

5、用前驱体（如钛酸四丁酯）经过一系列的物理化学变化使TiO2沉积在载体上，再通过干燥煅烧而固载成膜。固定化的目的就是要在保证光催化活性的前提下，使载体与TiO2之间产生一种结合力，从而避免TiO2的脱落，就固载牢度而言，第二种方法因为能形成化学键，形成的固载催化剂的结合强度要高于第一种。3固定化载体类型及研究进展一般说来，良好的光催化剂载体应具有以下特点：良好的透光性、在不影响Ti02光催化活性的前提下与TiO2颗粒间具有较强的结合力、比表面积大、对被降解的污染物有较强吸附性、易于固-液分离、有利于固-液传质及化学惰性等．常用的载体有沸石、活性炭、玻璃

6、等。3.1沸石7沸石是一种架状结构的硅铝酸盐天然矿物材料，内部含有许多孔穴与通道，具有离子交换、高效选择性吸附及催化等优异的物化性能和良好的环境属性，是高效率、高选择的光催化载体。吴子豹等[7]以4A沸石和天然蛭石为载体，钛酸四丁酯为钛源，采用溶胶-凝胶法制备了TiO2/4A沸石和TiO2/天然蛭石光催化复合材料，研究了复合材料对偶氮染料甲基橙的暗态吸附规律和光降解性能。结果表明：复合材料对甲基橙的吸附规律都较好地符合Langmuir和Freundlich吸附等温模型；在紫外光辐照30min条件下，TiO2/4A沸石和TiO2/天然蛭石光催化材料对6

7、.11×10-5mol/L的甲基橙水溶液的脱色率分别达到78.5%和84.6%，比同种方法制备的纯TiO2(68%)高。3.2活性炭活性炭为多孔性材料，其比表面积较大，吸附性能较强，能将有机物吸附到TiO2粒子周围，污染物在催化剂表面聚集，增大了局部浓度，从而加快反应速度。陈孝云等[8]以TiCl4为钛源，采用酸催化水解法合成TiO2和TiO2/活性炭(TiO2/AC)复合光催化剂，研究了AC修饰对TiO2形态结构及光催化活性的影响。结果表明，AC可抑制TiO2晶粒生长，减缓TiO2粒子间团聚，提高锐钛矿相向金红石相转变温度，减缓相转化速度。在较宽的

8、煅烧温度范围内，TiO2/AC都表现出较高的光催化活性，对苯酚降解率可达95%以上。3.3玻璃7玻璃具有极好