納米TiO2/ZSM-5型催化劑的制備及其光催化應(yīng)用研究進(jìn)展

孫家偉，劉娜，翟尚儒，安慶大

（大連工業(yè)大學(xué)輕工與化學(xué)工程學(xué)院，遼寧 大連 116034）

近年來，TiO2光催化劑因其對(duì)氣態(tài)和液態(tài)污染物都有大幅度的降解作用而受到研究者的廣泛關(guān)注[1]。隨著研究者大量研究發(fā)現(xiàn)，TiO2光催化劑不僅具有較好的光敏性和光穩(wěn)定性，而且還具有無毒、無害、無腐蝕性、可重復(fù)使用等特性；在操作方面，光催化反應(yīng)具有反應(yīng)條件溫和、設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、操作條件易控制等優(yōu)點(diǎn)[2-5]。與體相 TiO2相比，納米TiO2顆粒有利于提高光子產(chǎn)率，具有更高的光催化活性。但納米TiO2顆粒因粒徑小、表面能量高而極易團(tuán)聚，進(jìn)而對(duì)有機(jī)物的吸附量下降，使其光催化效率受到限制[6-7]。研究發(fā)現(xiàn)，選擇具有一定吸附能力的多孔材料作載體，將TiO2負(fù)載其上，不僅可起到分散、穩(wěn)固納米TiO2顆粒的作用，也利于在實(shí)際應(yīng)用中催化劑的回收[8]；載體的吸附作用可使液相或氣相體系中低劑量有機(jī)底物在催化劑表面富集，增大底物與光催化劑的接觸概率，借此提高有機(jī)物的降解速率[12，19-21]。目前，用于負(fù)載 TiO2的載體主要有玻璃[9]、不銹鋼[10]、氧化鋁[11]、活性炭[12]、碳納米管[13]、介孔分子篩MCM-41[14]和沸石[15，16-22]等。在眾多載體中，ZSM-5型分子篩因其較高的比表面積、較高的吸附性能、帶電框架結(jié)構(gòu)、良好的熱穩(wěn)定性及環(huán)境友好等特性使其成為最合適的載體之一[23]。鑒于此，本文系統(tǒng)地歸納了納米TiO2/ZSM-5及金屬陽離子改性后的 M-納米TiO2/ZSM-5的不同制備方法，不同催化劑對(duì)不同有機(jī)染料降解的作用機(jī)理，并對(duì)其未來對(duì)水質(zhì)、土壤、大氣中有機(jī)污染物降解的應(yīng)用前景作了展望。

1 納米 TiO2/ZSM-5光催化劑的制備及其光催化應(yīng)用

目前，納米 TiO2/ZSM-5的常見制備方法是溶膠-凝膠法、浸漬法，最新的制備方法是水熱合成法，而固體間相互結(jié)合法的報(bào)道較少。

1.1 溶膠-凝膠法制備納米TiO2/ZSM-5光催化劑及其應(yīng)用

2007年，Panpa等[25]利用溶膠-凝膠法，以TiOSO4為前體，結(jié)合 Sakthivel等[24]所使用的方法合成pH值為6、含硫酸根離子的TiO2溶膠溶液，與ZSM-5混合攪拌形成凝膠，從而制成納米TiO2/ZSM-5。制備流程圖如圖1[25]。

Panpa 等[25]通過對(duì)甲基藍(lán)溶液的光催化降解實(shí)驗(yàn)研究表明，TiO2負(fù)載量為20%時(shí)，在紫外光照射與硫酸根離子的協(xié)同作用下，納米 TiO2/ZSM-5展現(xiàn)出更高的催化效率，同商業(yè)P25相比，二者的光催化效率幾乎相同。制備過程中使用硫酸根離子作為一種強(qiáng)絮凝劑能增加染料分子沉降在催化劑表面的數(shù)量，進(jìn)而增加染料分子的吸附量，從而增加光催化效率。

圖1 復(fù)合物納米TiO2/ZSM-5制備的流程圖[25]

雖然Panpa等[25]成功合成了納米TiO2/ZSM-5，但是其光催化效率并不理想，且仍有部分作用機(jī)理尚未進(jìn)行深入研究，不過在其處理紡織染料方面有潛在的應(yīng)用。

2010年，Zainudin等[26]首先利用 Gennequin等[27]報(bào)道的溶膠-凝膠法合成納米 TiO2，再將四異丙醇鈦、乙醇、水分別按照 1∶2∶5 的比例混合制成溶膠-凝膠液，經(jīng)80 ℃ 干燥24 h制成納米TiO2，再將制成的納米 TiO2同 ZSM-5、硅凝膠混合，使用磁力攪拌器攪拌 30 min，干燥后使用馬弗爐在600 ℃下煅燒 3 h制成新型納米 TiO2/ZSM-5（SNTZS）。通過降解苯酚溶液測試其光催化效率，實(shí)驗(yàn)研究表明，SNTZS的最佳合成質(zhì)量比為納米TiO2∶ZSM-5∶硅膠凝膠∶硅膠溶膠=1∶0.6∶0.6∶1，在234 nm紫外光照射3 h條件下，光催化劑對(duì)50 mg/L的苯酚溶液的降解率達(dá)到 90%。而德固賽公司生產(chǎn)的P25在同樣條件下對(duì)苯酚的降解率只有67%，相比而言，SNTZS的光催化活性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于德固賽公司生產(chǎn)的 P25，其原因主要是前者能夠創(chuàng)造出更多的空穴電子對(duì)[28]，并且能夠有效地抑制空穴電子對(duì)的復(fù)合，進(jìn)而增加了光催化效率。

Zainudin 等[26]研制的 SNTZS型光催化劑具有較大的比表面積、較低的電子空穴復(fù)合率、較高的晶體質(zhì)量、良好的光催化穩(wěn)定性以及可循環(huán)利用等諸多優(yōu)點(diǎn)，使得其在紫外光照射下對(duì)苯酚的降解率取得了顯著的成效。然而 SNTZS光催化劑對(duì)可見光利用率較低，對(duì)電子和空穴的捕捉能力也無法令人滿意?？偟膩碚f，結(jié)合 SNTZS所制成的催化劑已經(jīng)使納米 TiO2/ZSM-5型光催化劑的研究獲得了重大的突破。

由于溶膠-凝膠法中所用的原料首先被分散到溶劑中而形成低黏度的溶液，因此就可以在很短的時(shí)間內(nèi)獲得分子水平的均勻性，在形成凝膠時(shí)，反應(yīng)物之間很可能是在分子水平上被均勻地混合，進(jìn)而TiO2能均勻地分散到ZSM-5表面，并且反應(yīng)溫度低，反應(yīng)容易進(jìn)行。但是溶膠-凝膠法也存在某些問題： 通常整個(gè)溶膠-凝膠過程所需時(shí)間較長（主要指陳化時(shí)間），常需要幾天；還有就是凝膠中存在大量微孔，在干燥過程中又將會(huì)逸出許多氣體及有機(jī)物，并產(chǎn)生收縮。

1.2 浸漬法制備納米TiO2/ZSM-5光催化劑及其應(yīng)用

2005年，Mohamed等[29]使用浸漬法合成出納米 TiO2/ZSM-5，他們將 Na-ZSM-5[30]與含一定量TiCl4的乙醇溶液混合攪拌，所得產(chǎn)物經(jīng) 110 ℃干燥6 h，再經(jīng)550 ℃煅燒6 h制成。他們通過降解EDTA 來考察納米 TiO2/ZSM-5的光催化效率，研究表明，在紫外光照射下，TiO2的負(fù)載量為2%時(shí)，pH值為7時(shí)EDTA的降解率達(dá)到99%。此方法操作簡單，對(duì)EDTA的光催化效果較好，為EDTA的降解開辟了一條新的路徑。

2009年，Huang等[31]通過浸漬法將鈦酸四丁酯緩慢加入 H-ZSM-5和乙醇的懸浮液中，再將蒸餾水加入到上述懸浮液中攪拌1 h，再經(jīng)過 90 ℃ 干燥 12 h 和不同溫度下煅燒 3 h 制成納米 TiO2/ZSM-5。在臭氧輔助作用及紫外光照射條件下，通過對(duì)乙醛氣體的光催化氧化降解實(shí)驗(yàn)研究表明，TiO2的負(fù)載量為 20%時(shí)光催化劑催化活性最高，其中臭氧不僅能夠作為電子的接收者，還能產(chǎn)生OH·，因此 O3輔助下大大增加了納米TiO2/ZSM-5的光催化活性，進(jìn)而提高了光催化效率。O3的作用機(jī)理如式（1）～式（9）[31]。

Huang 等[31]用浸漬法合成的納米 TiO2/ZSM-5具有較強(qiáng)的吸附性能和較高的光催化活性，尤其是他們首次采用 O3和紫外光共同輔助來進(jìn)行光催化反應(yīng)，取得了令人滿意的效果。但是在紫外光下照射下反應(yīng)能耗較高，反應(yīng)成本較大。此制備方法的完善及作用機(jī)理還有待于繼續(xù)研究。

2010年，Mahadwad等[32]同樣通過浸漬法制備出納米TiO2/ZSM-5。他們先將ZSM-5浸入到水中90 min，再與TiO2溶膠混合攪拌1 h，將混合液在50 ℃下干燥2～3 h，再將其放入120 ℃ 烘箱中過夜，再經(jīng)450 ℃ 煅燒11～12 h 制成TiO2/ZSM-5。通過對(duì)RB-5染料的光催化降解實(shí)驗(yàn)研究表明，將TiO2浸漬在 ZSM-5表面能夠在比較溫和的反應(yīng)條件下進(jìn)行，在紫外光照射下，TiO2的負(fù)載量為 20%時(shí)對(duì)RB-5的降解率達(dá)到最大，并且在同樣條件下，TiO2/ZSM-5對(duì)RB-5的光催化效率要高于商業(yè)P25對(duì)RB-5的光催化效率。雖然TiO2/ZSM-5的光催化活性強(qiáng)于P25，但是其對(duì)降低污水中COD沒有達(dá)到令人滿意的效果。

浸漬法制備 TiO2/ZSM-5具有較高的活性組分利用率、生產(chǎn)方法簡單、生產(chǎn)能力高、成本低等優(yōu)點(diǎn)。但是干燥過程會(huì)導(dǎo)致活性組分的遷移，導(dǎo)致TiO2的負(fù)載量下降。

1.3 水熱合成法制備納米TiO2/ZSM-5光催化劑及其應(yīng)用

2010年，Khatamian 等[33]利用水熱合成法將5 mL四丁基氫氧化胺與 5 mL無水乙醇混合攪拌1 h，再向混合液中加入 5.56 mL四乙基鈦酸酯和 30 mL蒸餾水，混合后在80 ℃溫度下加熱1 h，再加入1 g ZSM-5粉末形成白色凝膠，繼續(xù)攪拌 1 h，將所有產(chǎn)品放入聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中在180 ℃烘箱內(nèi)反應(yīng)4天，得到白色懸浮液在25 ℃下干燥，然后于400 ℃煅燒3 h制成 TiO2/ZSM-5。通過對(duì)棕NG的染料降解實(shí)驗(yàn)研究表明，水熱合成法制備的納米TiO2/ZSM-5在紫外光照射下對(duì)棕NG染料的降解率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于同樣條件下商業(yè) P25對(duì)棕 NG 染料的降解率。原因是水熱合成法 TiO2能更好地分布在ZSM-5外表面的同時(shí)，分子篩內(nèi)部孔道也吸附了一定量TiO2，進(jìn)而抑制了TiO2的大量凝聚，使得納米 TiO2/ZSM-5光催化劑更易產(chǎn)生空穴電子對(duì)，進(jìn)而提高了光催化效率[34]。納米TiO2/ZSM-5與商業(yè)P25、ZSM-5的光催化效率對(duì)比如圖2。

水熱合成法合成的TiO2/ZSM-5催化效率較高，但是其設(shè)備要求高、技術(shù)難度大、成本高、安全性能差等缺點(diǎn)制約了使用該方法來擴(kuò)大化生產(chǎn)TiO2/ZSM-5的可行性。

1.4 固體間結(jié)合法制備納米TiO2/ZSM-5光催化劑及其應(yīng)用

除上述3種方法外，由于其他方法的報(bào)道較少，制備的光催化劑的催化性能較低，所以本文只列舉固體間結(jié)合法來進(jìn)行綜述。

圖2 反應(yīng) 30 min催化劑的活性比較[33]

Mohamed等[29]使用固體間結(jié)合法在氮?dú)猸h(huán)境下將 ZSM-5預(yù)處理后與TiO2（銳鈦礦）在室溫下機(jī)械混合，所得固體在550 ℃煅燒6 h 制得光催化劑。

Mohamed 等[29]通過對(duì) EDTA 的降解率來考察光催化劑的光催化效率。研究表明，在紫外光照射下，用固體間結(jié)合法制得的催化劑對(duì) EDTA 具有一定降解性能，降解率能夠達(dá)到 75%。對(duì)比其他方法制備的光催化劑，催化效果不夠理想。

2 金屬離子改性納米 TiO2/ZSM-5光催化劑的制備及其應(yīng)用

金屬離子改性后的納米 TiO2/ZSM-5主要有兩種形式：①納米 TiO2/M-ZSM-5型和②M-納米TiO2/ZSM-5型，其中 M 離子的引入目前主要采用離子交換法和水熱合成法兩種方法。而納米 TiO2負(fù)載的方法主要有浸漬法、溶膠-凝膠法以及水熱合成法。所以針對(duì)①和②的不同類型會(huì)有不同的制備方法與之對(duì)應(yīng)。

2.1 納米TiO2/M-ZSM-5型光催化劑的制備及應(yīng)用

2.1.1 水熱合成法與溶膠-凝膠法

2009年，Guo等[35]利用正丁胺為模板劑，通過水熱合成法用 Na+對(duì) H-ZSM-5進(jìn)行改性，首先得到 NaZSM-5。然后使用一種改進(jìn)的溶膠-凝膠法，將含有飽和吸水量的 NaZSM-5加入到鈦酸四丁酯與無水乙醇組成的混合液中，其中鈦酸四丁酯水解所需要的水分由分子篩的緩釋作用所提供，這種改進(jìn)的溶膠-凝膠法能夠抑制 TiO2凝膠的聚合。通過對(duì)甲基橙的光催化降解實(shí)驗(yàn)研究表明，Na+的改性不會(huì)影響TiO2在分子篩上的分布，而會(huì)影響分子篩上質(zhì)子的活性，進(jìn)而對(duì)分子篩吸附甲基橙分子的量產(chǎn)生影響，當(dāng)Na+負(fù)載量在1.1%時(shí)，催化劑對(duì)甲基橙的吸附效果最佳，進(jìn)而光催化效率最高。其中，催化劑上的強(qiáng)酸性位點(diǎn)會(huì)抑制甲基橙分子的吸附，中等酸性位點(diǎn)有利于甲基橙分子的可逆吸附。其機(jī)理如圖3所示[35]。

Guo 等[35]首次使用改進(jìn)的溶膠-凝膠法，利用分子篩的緩釋作用水解鈦酸四丁酯，使得 TiO2在分子篩上的分布更加均勻，團(tuán)聚作用減弱，進(jìn)而提高了光催化效率，但是制備出的光催化劑在可見光下光催化效率較低，有待于通過進(jìn)一步工作提高。

2.1.2 浸漬法與離子交換法

2012年1月，Yuan等[36]利用浸漬法和離子交換法成功地制備出納米TiO2/M-ZSM-5（M=Zn，Cu，Mn），他們將金屬離子鹽溶液與H-ZSM-5進(jìn)行離子交換首先合成M-ZSM-5，再向M-ZSM-5與乙醇組成的懸浮液中加入鈦酸四丁酯，再加入一定量的水使鈦酸四丁酯水解成二氧化鈦浸漬在 M-ZSM-5的表面，從而制備出納米TiO2/M-ZSM-5（M=Zn，Cu，Mn）。在臭氧輔助條件下，對(duì)乙醛氣體的降解實(shí)驗(yàn)研究表明，M-ZSM-5中金屬陽離子作為臭氧的氧化活性位點(diǎn)在相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)下吸附乙醛分子，提高了反應(yīng)的催化氧化率，并且光催化產(chǎn)生的截流子不但與H2O和O2反應(yīng)，還同臭氧反應(yīng)，所以在紫外-臭氧共同作用下，納米TiO2/M-ZSM-5顯著提高了光催化降解乙醛的效率。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，Zn、Cu、Mn 3種金屬離子中，使用Mn離子改性后納米TiO2/Mn-ZSM-5的光催化效率最高，主要是因?yàn)镸n離子分解O3的能力要強(qiáng)于Zn、Cu離子，從而獲得更好的光催化效率，如圖4[36]。

圖3 HZSM-5和 TiO2/1.1%Na-HZSM-5復(fù)合光催化劑的可逆吸附[35]

圖4 乙醛的降解率[36]

上述方法合成的光催化劑對(duì)提高污染性氣體降解率這一難題提供了可靠的解決途徑，對(duì)比之前的研究有了更突出的進(jìn)展。

2.1.3 濕式浸漬法

2012年 8月，Wang 等[37]利用濕式浸漬法將Ni(NO3)2和 Ti(SO4)2溶液與ZSM-5混合攪拌10 h，所得固體經(jīng)過60 ℃ 真空干燥5 h 后再放入馬弗爐內(nèi)煅燒3 h，制成TiO2/Ni-ZSM-5催化劑。通過對(duì)柴油的脫硫降解實(shí)驗(yàn)研究表明，在反應(yīng)溫度為60 ℃，反應(yīng)壓強(qiáng)為0.1 MPa，空間速率為1 h?1，催化劑同柴油比率為 1.5時(shí)，柴油中 TH、BT、DBT、4,6-DMDBT 的最佳去除率分別達(dá)到了 99.8%、98.6%、99.8%和 99.5%，其中催化劑對(duì)噻吩（TH）的催化降解率最高。作用機(jī)理分析如下：TiO2和NiO 的帶隙能分別為3.2 eV和3.5 eV，導(dǎo)致二者的帶隙結(jié)構(gòu)和產(chǎn)生電子能力有所不同，由于NiO的費(fèi)米能級(jí)高于 TiO2，NiO 導(dǎo)帶產(chǎn)生的電子會(huì)轉(zhuǎn)移到TiO2的導(dǎo)帶上，相對(duì)應(yīng)的 TiO2價(jià)帶產(chǎn)生的空穴會(huì)轉(zhuǎn)移到 NiO 的價(jià)帶，從而使得TiO2中的空穴電子對(duì)有效地分離，提高了光催化效率。

Wang 等[37]使用濕式浸漬法合成的光催化劑首次應(yīng)用于去除柴油中的硫化合物，取得了令人滿意的效果。

2.2 M-納米 TiO2/ZSM-5型光催化劑的制備及其應(yīng)用

2.2.1 溶膠-凝膠法與光沉淀法

2006年，楊海明等[38]采用溶膠-凝膠法和光沉淀法制備了 Pt-納米TiO2/ZSM-5催化劑，研究了鉑修飾對(duì)催化劑吸附性能的影響，考察了催化劑在日光照射下對(duì)氨氮的氧化，并以紫外光作為對(duì)比。結(jié)果表明，鉑的修飾顯著提高了催化劑的吸附能力，還可提高催化劑在日光照射條件下對(duì)氨氮的氧化效率和總氮去除率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在太陽光照射、空氣曝氣條件下，反應(yīng) 2 h 氨氮去除率達(dá) 50.1%，總氮去除率達(dá) 31. 8%。此法制備的催化劑在日光照射下有脫除水體氨氮和總氮的效果，但是二者的降解效果都沒有達(dá)到一個(gè)理想的預(yù)期，此法有待于進(jìn)一步研究。

2.2.2 溶膠-凝膠法與離子交換法

2008年，?kte 和Yilmaz[39]先通過溶膠-凝膠法以醇鹽為前體合成了納米TiO2/ZSM-5[40-41]，再通過離子交換法將釔離子負(fù)載到納米 TiO2/ZSM-5上制備出Yi-納米TiO2/ZSM-5[42]。通過對(duì)甲基橙的光催化降解實(shí)驗(yàn)研究表明，初始濃度為3.27 mg/L的甲基橙溶液，在紫外光照射條件下照射 4 h，TiO2的負(fù)載量為 40%，釔離子負(fù)載量為 28%時(shí)，甲基橙的降解率達(dá)到 97.3%。研究發(fā)現(xiàn)，釔離子的引入使得光催化效率有了明顯的提高是因?yàn)獒愲x子對(duì)電子的吸引，從而抑制了空穴電子對(duì)的復(fù)合。圖5是甲基橙光催化反應(yīng)機(jī)理圖[39]。

同年，他們課題組[43]經(jīng)過進(jìn)一步研究，使用上述方法合成出 0.28%La-40%納米 TiO2/ZSM-5，其對(duì)甲基橙光催化機(jī)理如圖6。

2009年，該課題組[44]繼續(xù)研究，用同樣的方法制備出 0.28%Ce-40%納米 TiO2/ZSM-5，并將其與0.28%La-40%納米 TiO2/ZSM-5進(jìn)行光催化性能比較，二者都顯示出較高的光催化效率，但 0.28%La-40%TiO2/ZSM-5的光催化效率較高。

圖5 甲基橙的催化降解路徑模擬[39]

圖6 甲基橙光催化降解的簡易路線圖[43]

該課題組還成功地將 Ce、La、Yi等離子負(fù)載到納米 TiO2/ZSM-5上，由于金屬離子對(duì)電子的吸引作用，抑制了空穴電子對(duì)的復(fù)合，提高了光催化效率，但在可見光照射下的光催化效果無法令人滿意，有待于進(jìn)一步的研究。

2010年，夏鳳麗等[45，46]同樣使用溶膠-凝膠法制備出Sm3+摻雜TiO2（摩爾分?jǐn)?shù)為0.9%）負(fù)載在ZSM-5上的催化劑，制成的 Sm-納米 TiO2/ZSM-5通過對(duì)甲基橙溶液的降解實(shí)驗(yàn)研究表明，Sm 摻雜可以改善催化劑的吸附性能，提高TiO2催化劑的光催化活性。在催化劑濃度為1～5 g/L變化時(shí)，甲基橙的降解率隨著催化劑濃度增加而逐漸增大，降解率從 50%增加到 85%。甲基橙的初始濃度在 10～50 mg/L 時(shí)，隨著初始濃度增大，光催化降解速度減小。溶液 pH 值對(duì)甲基橙降解影響顯著，酸性溶液有利于甲基橙的光催化降解。對(duì)于Sm在催化劑中的作用機(jī)理，Xu等[47]通過進(jìn)一步研究證明有以下兩點(diǎn)原因：①稀土元素具有f電子，對(duì)有機(jī)污染物有較強(qiáng)的吸附作用，并且部分Sm元素以Sm2O3富集在TiO2表面，Sm2O3能提高催化劑表面吸附能力，從而提高TiO2光催化效率；②Sm3+的半徑（96.4 nm）遠(yuǎn)大于 Ti4+的離子半徑（68 pm），無法取代晶格位置上的Ti4+[48]，可能進(jìn)入晶格內(nèi)部成為間隙原子引起 TiO2晶格膨脹，從而引起氧缺陷捕獲光生空穴；Sm3+是可變價(jià)元素，Sm3+/Sm2+標(biāo)準(zhǔn)還原電位為?1.55 V，容易在二氧化鈦表面發(fā)生氧化還原反應(yīng)，也可捕獲電子或空穴[49]。共同作用短時(shí)間里捕獲空穴和電子，大大加強(qiáng)了空穴電子對(duì)的有效分離，因而提高了光催化活性。

2.2.3 水熱合成法

2012年，Khatamian 等[50]利用水熱合成法制備出 M-納米 TiO2/ZSM-5（M=Fe或 Ni），并且在可見光照射下催化降解黃GX溶液來比較 Fe-納米TiO2/ZSM-5和 Ni-nanaTiO2/ZSM-5的光催化效率，結(jié)果顯示前者的光催化效率要高于后者。實(shí)驗(yàn)研究表明，在可見光照射 15 min后，F(xiàn)e-納米TiO2/ ZSM-5對(duì)染料GX的降解率達(dá)到接近 100%，其原因歸結(jié)為以下兩點(diǎn)：①Fe 和 Ni 的d軌道重疊效應(yīng)；②Fe3+對(duì)空穴和電子的吸收作用[51]。其作用機(jī)理如式（10）～式（13）[50]。

Khatamian等[50]使用水熱合成法合成的催化劑突破了在可見光照射下能夠發(fā)生光催化反應(yīng)這一瓶頸，使得納米 TiO2/ZSM-5型光催化劑的研究進(jìn)入了新的階段。

3 結(jié) 語

近年來，以納米 TiO2/ZSM-5為主體的光催化劑受到研究人員的廣泛關(guān)注，在理論研究、制備方法和應(yīng)用探索等方面均取得較大進(jìn)展，這對(duì)光催化技術(shù)的學(xué)術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)挖掘有重大意義，有助于多功能復(fù)合材料在環(huán)境和化工領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。

目前制備納米 TiO2/ZSM-5為主體的光催化劑方法主要有溶膠-凝膠法、浸漬法和水熱合成法3種方法，比較3種方法可以得到如下結(jié)論。

（1）溶膠-凝膠法具有反應(yīng)溫度低、反應(yīng)相對(duì)簡單等優(yōu)點(diǎn)，但其反應(yīng)周期較長、干燥過程中孔道會(huì)發(fā)生收縮等缺點(diǎn)限制了溶膠-凝膠法的進(jìn)一步發(fā)展。

（2）浸漬法制備的納米TiO2/ZSM-5具有較高的活性組分利用率、生產(chǎn)方法簡單、生產(chǎn)能力高、成本低等優(yōu)點(diǎn)。但是干燥過程會(huì)導(dǎo)致活性組分的遷移，導(dǎo)致 TiO2的負(fù)載量下降，分散不均勻。

（3）水熱合成法制備的催化劑光催化性能較高，但是其設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、生產(chǎn)技術(shù)難度大、成本高、安全性能差等缺點(diǎn)制約了使用該方法來擴(kuò)大化生產(chǎn)納米TiO2/ZSM-5的可行性。

但是上述 3種方法均存在對(duì)可見光利用率較低、納米TiO2顆粒在載體上分散不均勻、無法更好地抑制空穴電子對(duì)復(fù)合等復(fù)雜問題，嚴(yán)重制約了納米 TiO2/ZSM-5為主體的光催化劑的進(jìn)一步發(fā)展，所以解決以上問題就成為未來研究納米 TiO2/ZSM-5為主體的光催化劑的重要突破口。近來，水熱合成法合成的 Fe-TiO2/ZSM-5在解決上述問題上已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步，已經(jīng)在降解染料和有毒氣體、液體方面取得了一定的成果，相信隨著研究者們的不斷探索，不斷優(yōu)化制備條件和創(chuàng)新工藝設(shè)備，納米 TiO2/ZSM-5為主體的光催化劑將在化工催化和水質(zhì)、土壤大氣等環(huán)境治理等方面有著更為廣泛的應(yīng)用。

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