催化剂载体的种类
目前 ,国内外研究较多的催化剂载体有 :SiO2 ,Al2O3 、玻璃纤维网(布) 、空心陶瓷球 、海砂 、层状石墨 、空心玻璃珠 、石英玻璃管(片) 、普通(导电)玻璃片 、有机玻璃 、光导纤维 、天然粘土 、泡沫塑料、树脂 、木屑 、膨胀珍珠岩、活性炭等 。
天然矿物类
天然矿物类物质本身具有一定的吸附性和催化活性
,且耐高温
,耐酸碱
,常被用作催化剂的载体
。目前已被用作TiO2载体的有硅藻土
、高岭土
、天然浮石和膨胀珍珠岩等
。刘勋等研究了几种不同天然矿物(硅藻土
、蛭石
、高岭土
、膨润土
、硅灰石和海泡石)与纳米TiO2的复合
。结果表明
,在6种天然矿物所制得的复合材料中
,以海泡石光催化降解效率最高
,作用6h后
,对甲基橙光降解率达到98%
。其次是硅藻土和硅灰石
,分别达到87%和85%
。且光催化降解效率与天然矿物吸附能力呈一一对应关系
。陈爱平等以轻质绝热保温建筑材料膨胀珍珠岩作载体
,制得了能长时间漂浮于水面的纳米TiO2负载型光催化剂
,用于水面浮油的太阳光光催化降解
。周波等采用天然浮石为载体负载TiO2作光催化剂
,利用高压汞灯为光源对有机磷农药的光催化降解进行了研究
。结果表明
,浓度为1.2×10-4
mol·L-1的农药光照2h左右可完全被光催化氧化为PO4
。
吸附剂类
这类载体为多孔性物质
,比表面积较大
,是使用最为广泛的一类载体
。用作负载TiO2的吸附剂类载体主要有活性炭
、硅胶
、多孔分子筛等
。吸附剂类载体可以获得较大的负载量
,可以将有机物吸附到TiO2粒子周围
,增加界面浓度
,从而加快反应速度
。崔鹏等将活性炭负载到TiO2膜作为光催
化剂对甲基橙水溶液进行了光催化降解试验
。结果表明
,与商品化的TiO2微粉光催化剂的降解性能相比
,其降解速率较高
,由于TiO2/C光催化剂中活性炭良好的吸附性能
,使得光催化反应体系内产生了吸附-反应-分离的一体化行为
,提高了光催化速率
。国外的V.M.GuNk等研究表明
,在不同负载量下
,TiO2在硅胶表面均没有形成连续涂层
;TiO2和SiO2之间的作用力包括氢键
、静电力和少量的Si-O-Ti键
,SiO2抑制了TiO2从锐钛型向金红石型的相变
。国内的郑光涛等采用溶胶-凝胶法将改性后的高效TiO2光催化剂负载于球形硅胶上
,得到了具有混晶结构
、大比表面积
、高活性的纳米TiO2光催化剂
。负载后的催化剂在紫外区具有强的吸收
,比表面积达到379.8m·g-1
。郑珊等合成了TiO2呈单层分散或双层分散状2态的多孔分子筛MCM-41
。结果表明
,负载后
,MCM-41孔道表面的SiO2以化学键相连生成Si-O-Ti键
。
玻璃类
玻璃价廉易得
,具有良好的透光性
,便于设计成各种形状
,引起了研究者的重视
。用于TiO2光催化剂的载体有玻璃片
、玻璃纤维网(布)、空
心玻璃珠
、玻璃螺旋管
、玻璃筒
、石英玻璃管(片)
、普通(导电)玻璃片
、有机玻璃等
。张新英等以空心玻璃微球为载体
,用溶胶-凝胶法制备负载型复合光催化剂
,所得催化剂可以漂浮在水面上
,便于回收和重新利用
。
陶瓷类
陶瓷也是一种多孔性物质
,对TiO2颗粒具有良好的附着性
,耐酸碱性和耐高温性较好
,也可用作催化剂载体
。若在日常使用的陶瓷上负载TiO2
,可以制成具有良好自洁功能的陶瓷
,起到净化环境的作用
。贺飞等采用溶胶-凝胶法
,在自制的陶瓷釉体表面制得粒径大小为40~100nm的TiO2晶粒
。它紧密结合
,形成透明均一无“彩虹效应”的TiO2光催化薄膜型自洁功能陶瓷
,具有超级亲水性和去污功能
。
有机类
由于TiO2在阳光下能光催化氧化降解有机物
,所以一般不用有机材料做载体
。而某些高分子聚合物
,如饱和的碳链聚合物或氟聚合物
,有较强的抗氧化能力
,所以也可以用于负载型TiO2的研究
。但由于·OH-
,·O2-的强氧化性
,这些高分子聚合物载体只能在短期内使用
。目前
,用于负载TiO2的高分子聚合物载体有
:聚乙烯吡咯烷酮
、聚乙烯
、聚丙烯
、ABS
,NAfiON薄膜等
。刘平等研究认为
,TiO2粒子的形成与长大均限制在NAfiON的微小
孔笼中
,粒子形成过程所需的物质传递也仅能通过小通道进行
;在该实验的合成条件下
,TiO2晶体大小仅取决于NAfiON孔笼直径
。
此外
,在载体选择时
,必须对效率
、催化活性
、催化剂负载的牢固性
、使用寿命、价格等作综合考虑
。
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