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纳米二氧化钛光触媒-固定化技术研究【森林除甲醛网】

时间:2014-06-05 01:20 作者:中国除甲醛网 点击

 自1972年人们发现光催化剂以来,光催化氧化反应方面的研究取得了广泛而深入的开展。纳米二氧化钛在水、空气污染物治理及新型材料等领域有巨大的前景。由于悬浮态 二氧化钛在分离回收中存在问题,所以目前国内外研究较多的是固定态的二氧化钛膜。

光触媒的固定化研究  目前固定化所用载体多为无机材料,其中玻璃类由于其本身具有良好的透光性、与二氧化钛又有较强的结合能力、且便于设计成各种形状、廉价易得而成为应用较多的载体。具体有玻璃片、玻璃柱、玻璃纤维网、空心玻璃微球、螺旋玻璃管、玻璃筒及光导纤维等 ;金属类的有不锈钢、钛片、镍片等;由于多相光催化反应是在催化剂表面进行的,所以具有吸附性能的载体也有其优越性,目前研究较多有活性炭、浮石、凹凸棒石、硅胶等,另外对陶瓷类、高分子聚合物等也有一定研究。

       二氧化钛固定化方法

   凝胶-溶胶法:以凝胶溶胶为基础的涂层方法是目前研究最多的二氧化钛膜制备方法。它是以钛的无机盐类如TiCl4、四异丙氧基钛或钛酸酯类为原料,将其溶于低炭醇中,液体无机钛盐则直接取用,然后在室温下加入到中强度酸性的水溶液中。调节pH值在4左右,强烈搅拌使之水解,制得二氧化钛溶胶,然后用浸渍旋转或喷涂等方法将此溶液涂在载体上,可多次重复以增加厚度,然后在一定温度下烧结即成。因为温度过高,由锐钛型向金红石型转化,使活性降低。


        二氧化钛膜的性能,如孔隙、比表面积、孔径分布等与醇钛盐水解后交联支化而形成的聚合物有关一般如果凝胶聚合物的支化和交联程度显著,那么凝胶就有较大的空隙,结构牢固,而聚合物的支化程度以及凝胶中胶体的团聚情况则由水解和缩合的相对反应速率来决定,如果水解比缩聚速度慢,则会形成长而高度支化的聚合物链,而pH值则是影响水解和缩合速度的重要参数。在酸性介质中,缩合速度受到抑制。

        但这种方法尤其在制膜时也存在不足 通过钛的有机盐类形成的溶胶,由于这个过程涉及大量的水、有机溶剂和其它的有机物,所以膜在干燥时易龟裂,如果膜的厚度小于一定的值时龟裂可以避免 通过无机途径产生的膜没有因应力造成的裂纹,但附着力差。

       粉末二氧化钛制膜:将二氧化钛纳米粒子在水或醇中形成悬浮液,进一步用超声波粉碎后或直接使用,将载体浸入其中一段时间后取出,颗粒状载体需搅拌,使载体负载上一定的二氧化钛粉体,先在常温风干或加热脱水,然后在600度以下烧结制得二氧化钛膜。

      其他方法:化学气相沉积法化学气相沉积法,是一种传统的制膜方法。其中有机金属化学气相沉积法应用较多,其原料载气通过前驱物,使气相中前驱物的蒸气压达到一定的恒定值,在高温炉中前驱物分解,沉积在基材上。

      阴极电沉积法:将二氧化钛纳米粒子悬浮液或溶胶中,以载体作阴极,用等面积导体作阳极,在恒温场作用下,使粒子电泳并沉积到阴极上得到均一的二氧化钛膜,但这种方法受到载体本身导电与否的限制,且不能大面积制备。

     催化剂的表面修饰

     二氧化钛被激发产生空穴-电子对具有很强的氧化能力,同时也有其的缺点:首先二氧化钛光吸收仅限于紫外区,而太阳光谱中只有不到10%在紫外区;其次光生载流子很容易重新复合,而催化剂的表面修饰可对其吸收光谱域值、空穴-电子对复合速率等因素的影响加以改善,以提高光二氧化钛光催化活性。

       耦合半导体:通过半导体的耦合可提高系统的电荷分离效果、扩展光谱响应范围其修饰方法包括简单的组合、掺杂、多层结构合并组合等。

       金属沉积:在催化剂表面担载惰性金属相当于在二氧化钛表面构成一个以二氧化钛及惰性金属为电极的短路微电池,二氧化钛电极所产生的h+将液相中有机物氧化,而e则流向金属电极,降低了 的复合率,同时降低了e/h+其带隙能,使其响应波长向长波方向移动,提高了催化剂的反应活性。但掺杂量不能超过最佳范围,否则越多越有害。这是由于过多的带有电子的金属微粒在二氧化钛表面存在时,光诱导产生的空穴与有机物作用处在金属微粒上的电子与空穴的再复合竞争之中。二氧化钛表面掺杂Ag、Pt、Pd 、等考察了其对久效磷的太阳光降解实验,结果表明:在最佳掺杂量下,其降解效率与二氧化钛相比较都有明显的提高。

        二氧化钛多相光催化法目前应用于实际的只有为数不多的几例,大多数仍处于实验室研究阶段如果可以提高催化效率、降低带隙能,解决实际应用中分离、回收等几项难题, 二氧化钛由于其化学稳定性高、无毒、无二次污染、成本低、氧化能力强等优点将在水处理、空气污染治理等方面有广阔的应用前景。

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