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TiO


第 23 卷第 5 期 Vol. 23 No.5

唐山师范学院学报 Journal of Tangshan Teachers College

2001 年 9 月 Sep. 2001

TiO2 光催化剂固定化载体及固化方法
黄艳娥 刘会媛
(唐山师范学院 化学系,河北 唐山 摘 063000)<

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要:介绍了 TiO2 光催化剂载体的选择依据和作用,阐述了纳米 TiO2 的固化方法。 文献标识码:D 文章编号:1009-9115(2001)05-0031-02

关键词:纳米 TiO2;载体;固定相 中图分类号:TQ028.53

纳米 TiO2 半导体光催化剂有很强的氧化能力, 能有效降解水中的有机污染物。但早期研究的 TiO2 颗粒悬浮体系难于分离回收而限制了实际应用。[1] 因此, 近年来国内外对固定相 TiO2 催化剂做了许多 研究探索,但仍处于实验阶段,对固定相 TiO2 催 化剂深入细致的研究将有力地推动 TiO2 催化剂的 应用。 研究固定相 TiO2 催化剂所要涉及的问题除了 与悬浮相 TiO2 催化剂基本相同外(如晶相、粒径、 用量、表面修饰、光源、光强、有机物的种类与浓 度等) ,更重要的就是催化剂的载体以及 TiO2 催化 剂在载体上的固定。 1 TiO2 光催化剂的载体 1.1 TiO2 光催化剂载体的选择 由于光催化是靠光和催化剂的结合来发挥催 化作用的,只有激活的催化剂才具有光催化效果, 所以用于光催化的载体不同于一般的催化剂载体。 光催化剂的载体除了需要具有一般催化剂载体所要 求的稳定性、高强度、低价格和大的比表面积外, 更重要的一点是,附着在载体上的催化剂能够尽可 能多地被光照射而激活以发挥催化作用。 目前,国内外应用的载体主要有:硅胶、活性 氧化铝、玻璃纤维网、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、光导纤维等。[2] 然而,属于多孔性的载体如:硅胶、活性氧化 铝、玻璃纤维网、空心陶瓷球、海砂、层状石墨等 孔内深层的光催化剂得不到光的照射,不能发挥光 催化的作用, 反而会造成催化剂的浪费, 得不偿失。 而像空心玻璃珠、石英玻璃管(片) 、导电玻璃片、

普通玻璃片、光导纤维等非多孔性的载体虽然不是 一般意义上的好载体,但却因不存在催化剂浪费及 结实耐用、易制成降解反应器而日益受到关注。新 疆大学的符小荣 [3] 等用玻璃片做载体制成负载型 TiO2 膜光催化剂降解染料丽春红和久效磷农药,取 得了较好效果。 1.2 TiO2 光催化剂载体的主要作用 (1) TiO2 光催化剂载体的主要作用有下列几点: 用载体将 TiO2 固定,防止 TiO2 粉末粒子的流失, 并且易于回收利用, 克服了悬浮相 TiO2 光催化剂的 缺点。 (2)载体可提高 TiO2 的利用率。在载体表面 增加了 TiO2 的比表面积, 进而增 覆盖了一层 TiO2, (3)一些载体可同 TiO2 发生相互 加了 TiO2 的量。 作用,有利于电子——空穴对的分离,并增加对反 (4)提高光 应物的吸附,提高 TiO2 的光催化活性。 源的利用率。将 TiO2 制成薄膜后,不存在催化剂粒 子间的遮蔽问题,受到光照射的催化剂粒子数目增 加,有利于提高光催化活性。 (5)用载体将催化剂固 定,便于对催化剂进行表面修饰并制成各种形状的降 解反应器。 2 固定相 TiO2 的制备方法 金属氧化物膜的制备方法有干法和湿法两种。[4] 目前, 应用于固定相 TiO2 的制备主要是湿法, 即 TiO2 悬浮料浆法、液相沉积法和溶胶——凝胶法。 2.1 TiO2 粉末料浆法 将其分散在加有添加剂的 以 TiO2 粉末为原料, 水中制成 TiO2 浆液,再将其负载在载体上,一定温 度下干燥后,洗去附着不牢的 TiO2 粉末,即可用于 光催化反应。此法的特点是:可保持粉末良好的光 催化性能,但涂层厚度不易控制。国外有人以纳米

────────── 收稿日期:2001-04-14 作者简介:黄艳娥(1963-) ,女,河北遵化人,唐山师范学院化学系实验师。

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第 23 卷第 5 期

唐山师范学院学报

2001 年第 5 期

TiO2(粒径 25nm)粉末料浆为原料,用特定的浸渍 ——包覆仪将 TiO2 包覆在细紫外灯管外壁上并制 成光催化反应器,用于降解染料,取得了较好的效 果。目前,国外多采用此法来制备负载型 TiO2 光催 化剂。 2.2 液相沉积法 液相沉积法,简称 LPD,是利用水溶液中氟的 金属配离子和金属氧化物之间的化学平衡反应,将 金属氧化物沉积到浸渍在反应液中的底物上。已有 人用此法得到了催化活性较高的锐钛矿型 TiO2 膜。 此种方法的特点是:室温下不用特殊的设备就可将 TiO2 膜沉积在大比表面积和各种形状的底物上;膜 厚可控制; TiO2 膜晶相可控制;但不易得到纯的 TiO2 膜。 2.3 溶胶—凝胶法 溶胶—凝胶法即 sol—gel 法,一般以钛醇盐及 无水乙醇为原料,加入少量水及不同的酸或有机聚 合添加剂经搅拌、陈化制成稳定的涂膜溶胶,再利 用溶胶将 TiO2 附着在各种载体上。其特点是:TiO2 参考文献:

膜与载体附着牢固,不易脱落;控制热处理温度可得 到所需晶相的 TiO2 膜;膜厚可控制。我国何建波、[5] 颜秀茹等人利用此技术制得了可控膜厚的 TiO2 膜, 并证明其光催化降解苯胺、敌敌畏的光催化活性高 且催化活性随膜厚增加 于其它方法制备的 TiO2 膜, 而提高。国外也有人用此法制得 TiO2 膜降解乙醛, 获得了上述类似结果。 3 结语 目前,对于各种含难降解有机有害污染物的废 水,尤其是各种工业废水,大多采用生化、化学等 方法来处理。 但处理后的有机污染物含量仍然较高, 不能达到国家排放标准。利用太阳能的光催化法不 但可以解决这一问题,对于节约能源、维持生态平 衡、实现可持续发展也有重要意义。目前利用 TiO2 作为光催化剂催化降解有机污染物已逐渐由实验转 向实际应用的研究,但距大规模工业化尚远,如果 研制开发出可连续使用的高效固定相光催化剂,对 于处理大量的含难降解物的废水必将有广泛而诱人 的前景。

[1]史载峰.光催化陶瓷膜反应器的实验研究与数字模拟[D].南京:南京化工大学,1999. [2]颜秀茹,等.微孔 TiO2 陶瓷膜的制备和性能的初步研究[J].水处理技术, 1998,6,24(3):125. [3]符小荣,张校刚,等.TiO2/Pt/glass 纳米薄膜的制备及对可溶性染料的光电催化降解[J].应用化学,1997, 14(4):77. [4]王训,李小娥,祖庸,等.纳米 TiO2 表面改性[J]. 化工进展,2000,1:67-70. [5]万海保,曹立新,王丽颖,等.染料敏化的 TiO2 纳米晶多孔膜的性质及光电转换[J].化学通报,1999,6:30-34. [6]何建波,张鑫,魏凤玉,等.TiO2 薄膜晶相组成对苯胺港催化降解的影响[J].应用化学,1999,16(5):57.

Supporter and Immobilization Methods of Nano-TiO2 Photocatalyst
HUANG Yan-e LIU Hui-yuan
(Chemistry Department, Tangshan Teachers Colloge, Hebei Tangshan 063000) Abstract: Introduction and function of supporter and immobilization methods of nano-TiO2 photocatalyst are discussed in this paper . Key Words: nano-TiO2; supporter; immobilization

责任编辑、校对:李炳焕

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