【阿里巴巴化工】摘要：光催化技術是一種新型的綠色環保技術，ＴｉＯ２是光催化反應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域具有廣泛的應用前景。文章綜述了ＴｉＯ２作為光催化劑的研究現狀，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。
關鍵詞：二氧化鈦；光催化劑；負載；光催化活性
引言
光催化氧化技術始于２０世紀７０年代。１９７２年，Ｆｕｊｉｓｈｉｍａ與Ｈｏｎｄａ［１］報導了在光電池中光輻射單晶ＴｉＯ２可以發生水的氧化還原反應并產生氫氣。由此掀開了ＴｉＯ２光催化過程的歷史篇章。近年來，隨著光化學及技術的發展和進步，利用ＴｉＯ２多相光催化消除環境中的各種污染物的研究已引起人們的廣泛關注。ＴｉＯ２以其廉價無毒、導帶價帶電位合適、光腐蝕性小、無二次污染等諸多優點，成為多相光催化領域的熱點，并被認為是當前最具有開發前景的綠色環保型光催化劑。
１ＴｉＯ催化劑研究現狀
迄今為止，關于光催化氧化機理方面的理論已經相當成熟，而圍繞著ＴｉＯ２光催化劑的研究卻方興未艾。有關光催化劑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。
１．１ＴｉＯ２光催化劑載體的研究
光催化反應發展初期主要采用粉末態投加方式，該法由于存在著無法回收、后處理復雜、操作運行費用高等缺點而難以在實際中應用。針對這一問題國內外學者在ＴｉＯ２的固定化方面做了大量工作。其中，無論是將ＴｉＯ２做成膜負載在玻璃片、纖維片、鋁片等材料上，還是將ＴｉＯ２負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發生相互作用，有利于ｅ－ｈ＋的分離并增加對反應物的吸附，同時實現載體的再生；
（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器。
１．１．２載體的類型
光催化劑載體首先要求能改善所擔載的物質的組織結構（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合來發揮催化作用的，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；化學惰性等。
目前，國內外研究較多的催化劑載體有：ＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３、玻璃纖維網（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（導電）玻璃片、有機玻璃、光導纖維、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的復合。結果表明，在６種天然礦物所制得的復合材料中，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關系。陳愛平等以輕質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載ＴｉＯ２作光催化劑，利用高壓汞燈為光源對有機磷農藥的光催化降解進行了研究。結果表明，濃度為１．２×１０－４ｍｏｌ·Ｌ－１的農藥光照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，比表面積較大，是使用最為廣泛的一類載體。用作負載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，從而加快反應速度。崔鵬等將活性炭負載到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，使得光催化反應體系內產生了吸
附－反應－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，在不同負載量下，ＴｉＯ２在硅膠表面均沒有形成連續涂層；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光催化劑負載于球形硅膠上，得到了具有混晶結構、大比表面積、高活性的納米ＴｉＯ２光催化劑。負載后的催化劑在紫外區具有強的吸收，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態的多孔分子篩ＭＣＭ－４１。結果表明，負載后，ＭＣＭ－４１孔道表面的ＳｉＯ２以化學鍵相連生成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（布）、空心玻璃珠、玻璃螺旋管、玻璃筒、石英玻璃管（片）、普通（導電）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－凝膠法制備負載型復合光催化劑，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，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載ＴｉＯ２，可以制成具有良好自潔功能的陶瓷，起到凈化環境的作用。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。它緊密結合，形成透明均一無“彩虹效應”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使用。目前，用于負載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、催化劑負載的牢固性、使用壽命、價格等作綜合考慮。