付 丹

(遼寧石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院 應(yīng)用化學(xué)系，遼寧 錦州 121001)

自1972年Fujishima和Honda用二氧化鈦作為光催化劑分解水制備氫氣以來，納米光催化材料在環(huán)境污染物治理領(lǐng)域得到了廣泛研究，但是懸浮體系的光催化劑易失活、凝聚、難回收、穩(wěn)定性差，使得催化劑的負載技術(shù)成為科研工作者的研究熱點。

1 催化劑載體

催化劑載體是負載技術(shù)的關(guān)鍵，載體應(yīng)不僅能有效固定納米粉體，而且還要有較大的比表面積及強的吸附能力，利于光催化氧化時吸附被降解物，促進光催化氧化反應(yīng)進行。同時還要有很好的透光性，以便充分利用光源，使污染物有效降解。另外，載體應(yīng)具有穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)、價格低廉、易于固液分離，便于回收。

常用的催化劑載體[1]如表1：

表1 常用光催化材料載體類型及名稱

可見，隨著研究的不斷深入，催化劑載體種類越來越多，每種催化劑載體都有一定的優(yōu)缺點，在制備過程中應(yīng)根據(jù)操作條件、反應(yīng)器設(shè)計類型、被處理污染物的特點等有針對性的選擇合適的載體，以便有效提高光催化反應(yīng)中電子和空穴的利用率，提高納米光催化材料的降解性能。

2 負載方法

在納米光催化材料的負載方法上，要考慮載體類型、特點、適用范圍及納米光催化劑的特性，綜合評價二者負載后制得材料的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其對光催化活性的影響因素，最后結(jié)合被處理污染物，選擇合適的負載方法，常用的負載方法有：

2.1 浸漬-燒結(jié)法

浸漬-燒結(jié)法制備負載型納米光催化材料，通常首先要采用合適的方法如：溶膠-凝膠法制備溶膠，然后將載體浸漬于溶膠一段時間，最后經(jīng)過濾、煅燒等過程制得負載型光催化材料。但是浸漬-燒結(jié)法會存在負載膜分布不均勻，從而導(dǎo)致個別地方會出現(xiàn)裂紋，在操作中有必要要重復(fù)涂膜，這是浸漬法不可避免的問題。崔鵬[2]等采用溶膠-凝膠法制備活性炭負載二氧化鈦膜，通過對甲基橙溶液的降解發(fā)現(xiàn)，制備的二氧化鈦膜較均勻，重復(fù)涂抹2-3次可有效減少因膜分布不均勻而導(dǎo)致的裂紋現(xiàn)象，而且此負載型光催化材料的光催化性能較好。

2.2 脈沖激光沉積法

脈沖激光沉積法利用激光器(KrF準(zhǔn)分子、固體UV、Nd：YAG、ArF準(zhǔn)分子等)燒蝕靶材(石墨、ZnO陶瓷，GaN、Ti金屬、TiO2、SnO2、單純Ge單晶等材料)，靶材經(jīng)激光器照射后形成與靶材同材料的高溫等離子體，而等離子體在與基板相接觸后便在其上沉積，形成薄膜。激光的波長、基板材料、基板溫度、環(huán)境氧氣壓強等對薄膜的質(zhì)量均有影響。趙磊[3]采用脈沖激光沉積法以TiO2為靶材，制備N摻雜納米TiO2薄膜，制得的納米氧化鈦薄膜，其具有較高的光催化性能。此法沉積速率快、適應(yīng)性強，但成本高，小功率激光器應(yīng)用較多，難以適應(yīng)較大薄膜沉積的需要。

2.3 噴霧熱解法

噴霧熱解法是將反應(yīng)物溶解后，再使其霧化，并將經(jīng)霧化形成的微小液滴噴灑在熱的基板上，液滴經(jīng)熱解沉積在基板表面的薄膜制備方法。噴霧量、噴霧距離、液滴大小等都會影響薄膜的質(zhì)量。并且此法設(shè)備簡單、成本低廉、操作方便，適于大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)。李達[4]等采用超聲噴霧熱解法在玻璃襯底上成功制備N摻雜納米TiO2薄膜。研究發(fā)現(xiàn)，制得的TiO2薄膜表面比較均勻，致密性好，可見光平均透過率超過82%。在紫外光照射下，對亞甲基藍溶液有較好的光催化降解作用。

2.4 化學(xué)氣相沉積法

化學(xué)氣相沉積法(CVD)是將基底暴露在一種或多種不同的前驅(qū)物下，在基底表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或化學(xué)分解來產(chǎn)生欲沉積的薄膜?；瘜W(xué)氣相沉積法很多，有等離子體化學(xué)氣相沉積、激光化學(xué)氣相沉積、熱化學(xué)氣相沉積及原子層氣相沉積等。邢劍飛[5]采用氣相沉積法制備了摻硼金剛石(BDD)薄膜電極，考察了電極對于染料廢水的電催化降解特性，尤其對于超高COD難生物降解有機廢水處理的應(yīng)用。研究發(fā)現(xiàn)，以金剛石薄膜電極為陽極，銅和鈦為陰極，對農(nóng)藥廠制藥廢水進行了降解處理，所處理的廢水COD去除率均在90%以上，氨氮去除率也在90%以上，色度去除率接近100%。以鉭為基底的摻硼金剛石薄膜電極對于染料進行降解脫色處理，結(jié)果表明，色度去除率達99%。且金剛石薄膜電極具有比Ti基RuO2-IrO2電極更為優(yōu)越的降解脫色能力。

2.5 磁控濺射法

磁控濺射法屬于物理氣相沉積法的一種，也是制備納米薄膜常用的一種方法。此法利用電磁和磁場的相互垂直，將電子束縛在一定空間范圍內(nèi)，增加電子接觸幾率，進而提高電離幾率。此法沉積的薄膜一般與基板結(jié)合較牢固，且膜致密均勻，但此法對設(shè)備要求較高。

2.6 溶膠-凝膠法

Sol-Gel一般以鈦醇鹽、乙醇為原料，加入少量水及不同的酸和有機聚合添加劑經(jīng)攪拌、陳化制成穩(wěn)定的涂膜溶膠，再經(jīng)煅燒將TiO2附著在各種載體上。這種方法具有TiO2膜與載體結(jié)合不易脫落的特點。控制煅燒溫度和煅燒時間可得到所需晶相的TiO2膜，改變載體浸入溶膠的方法可控制光催化劑膜厚度。甘昊[6]以凹凸棒石負載TiO2/SnO2復(fù)合光催化劑，此催化劑可具有在紫外光和日光下都有較高的光催化活性，重復(fù)使用三次后去除率只下降6%左右，而且催化劑沉降性能良好，停止攪拌30分鐘即可沉淀完全，催化劑回收、分離方便，具有一定的利用價值。

2.7 直接附著法

催化劑與載體之間不加任何的聯(lián)結(jié)劑，直接利用納米粒子與載體之間的親和力連接而成。該方法工藝操作簡單，成本低廉，但是納米粒子附著不堅固，易于脫落，制備的催化劑使用壽命短，不適宜于工業(yè)化使用。陶詠[7]等采用玻璃彈簧為載體，將P25-TiO2光催化劑粉末分散在去離子水中形成懸浮液，然后將載體在懸浮液中浸漬一段時間，便制得負載型TiO2光催化劑。制得的催化劑對亞甲基藍溶液有較好的光催化降解性能。

2.8 偶聯(lián)法

以無水乙醇為溶劑，加入甲基三甲氧基硅烷和水，或者硅溶膠加熱回流，然后分別加定量的載體(如玻璃微球、陶瓷粒等)和納米粉體繼續(xù)回流。反應(yīng)完畢后，蒸發(fā)除去無水乙醇和揮發(fā)殘留有機物，再洗凈烘干得到固定化的催化劑。

3 結(jié)語

雖然對負載型納米光催化材料的研究已經(jīng)有很長時間，但是將其進行大規(guī)模生產(chǎn)并應(yīng)用于實際的并不多，但是作為一種新型環(huán)境友好材料，負載型納米光催化劑所顯示的巨大潛在優(yōu)異性能是不容忽視的，隨著科學(xué)工作者的不斷深入研究，必將實現(xiàn)負載型納米光催化材料的實際應(yīng)用價值。

[1]姜安璽，徐桂芹，相會強.光催化劑納米TiO2的固定化技術(shù)研究進展[J].哈爾濱建筑大學(xué)學(xué)報，2002，35(4)：43-45.

[2]崔鵬，范益群，徐南平，等.TiO2負載膜的制備、表征及光催化性能[J].催化學(xué)報，2000，2(5)：494-496.

[3]趙磊.脈沖激光沉積納米氧化鈦薄膜及其光催化性能研究[D].吉林：吉林大學(xué)，2008.

[4]李達，張軍，袁川杰，等.超聲噴霧熱解法制備氮摻雜納米TiO2薄膜及其光催化特性研究[J]，物理實驗，2010，3(7)：14-16.

[5]邢劍飛.摻硼金剛石薄膜電極處理難降解廢水的研究[D].上海：上海交通大學(xué)，2013.

[6]甘昊.凹凸棒石負載TiO2/SnO2復(fù)合型光催化劑的制備及其光催化性能研究.安徽：合肥工業(yè)大學(xué)2007.

[7]陶詠，陳愛平，戴智銘，等.新穎玻璃彈簧負載化TiO2光催化劑[J].中國粉體技術(shù)，2001，7(2)：24-27.