催化紙催化材料的制備及固著方式的研究進(jìn)展

滿孝兵 張 旋

(齊魯工業(yè)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,山東濟(jì)南,250353)

·催化紙·

催化紙催化材料的制備及固著方式的研究進(jìn)展

滿孝兵 張 旋*

(齊魯工業(yè)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,山東濟(jì)南,250353)

催化紙由于其獨(dú)特的多孔三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),將成為一種極具應(yīng)用前景的功能材料。按催化材料的不同,催化紙分為TiO2基催化紙、ZnO基催化紙、貴金屬基催化紙三大類,綜述了這三類催化材料的修飾改性及其固著方式對催化性能的影響,提出了獲得高催化性能和高強(qiáng)度催化紙需要解決兩個問題。

催化紙；催化材料；固著方式；研究進(jìn)展

催化紙是以纖維或紙狀結(jié)構(gòu)材料為載體,通過濕部添加、涂布、浸漬或預(yù)先負(fù)載等方式,將具有催化特性的材料固著于其上而形成的復(fù)合材料。1995年,Mutsubara等人[1]將TiO2作為造紙?zhí)盍咸砑拥郊垵{中,首次抄造出具有催化性能的紙張,揭開了催化紙的序幕。2003年,Fukahori等人[2]將催化紙首次用于催化降解水相中的污染物雙酚A(BPA),使催化紙應(yīng)用范圍由氣相擴(kuò)展到水相,成為催化紙應(yīng)用過程中的一個里程碑。

催化紙充分利用了紙張獨(dú)特的多孔三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),能夠?yàn)槲廴疚锝到馓峁└蟮慕佑|面積,從而有效克服了以陶瓷和玻璃等為基材固定的催化劑催化活性大幅度降低的缺點(diǎn)；同時紙質(zhì)材料質(zhì)量輕且易折疊,因此,催化紙將成為一種極具應(yīng)用前景的功能材料。目前,如何開發(fā)出同時具有高強(qiáng)度和高催化活性的催化紙已成為催化紙研究領(lǐng)域面臨的問題。

催化紙的催化活性主要取決于催化材料的催化活性及其在催化紙中的分布狀態(tài)。目前,在催化紙中應(yīng)用的催化材料主要有納米TiO2及修飾改性的納米TiO2、ZnO納米顆粒、貴金屬納米顆粒,按催化材料不同,催化紙可分為TiO2基催化紙、ZnO基催化紙、貴金屬納米顆?；呋埲箢?。

1 以納米TiO2及改性納米TiO2為催化材料的催化紙

1.1 TiO2基催化紙

TiO2由于其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,耐酸堿和光化學(xué)腐蝕,且成本低,無毒,成為最早用于催化紙、也是催化紙催化材料中研究最為廣泛的半導(dǎo)體材料。1995年,Mutsubara等人首先抄造出含TiO2的催化紙,在弱熒光燈下可對乙醛氣體進(jìn)行光催化降解。為避免光催化反應(yīng)的無選擇性造成纖維素等有機(jī)物的降解,Iguchi等人將陶瓷纖維添加到漿料中作為TiO2載體,經(jīng)240 h光催化反應(yīng),催化紙的相對抗張強(qiáng)度幾乎不變[3]。為進(jìn)一步提高TiO2基催化紙的催化性能,Ko等人研究了不同晶型配比TiO2對甲苯的催化降解效果,在TiO2混晶中,可用金紅石相TiO2較小的禁帶寬度提高銳鈦礦型TiO2電子和空穴的分離效率,降低電子-空穴的復(fù)合率,結(jié)果發(fā)現(xiàn)銳鈦礦型和金紅石型配比為52∶48時,催化紙的催化性能最佳[4]。Fukahori等人發(fā)現(xiàn)在催化紙中加入沸石作為吸附劑,有利于快速地捕捉污染物,阻止催化劑TiO2失活,從而提高催化紙的催化性能[5]。

在濕部添加方式負(fù)載TiO2的過程中,需要提高TiO2的留著率并解決TiO2納米粒子絮聚成大團(tuán)塊結(jié)構(gòu)的問題,Ichiura等人利用聚二烯丙基二甲基氯化銨(PDADMAC)和陰離子聚丙烯酰胺(APAM)二元助留體系有效解決了TiO2的留著問題[6]。Ko等人利用鋰皂石類微粒助留體系,不僅提高了TiO2的留著率,還有助于TiO2在催化紙中均勻分布,防止形成大的凝聚體,有效提高了TiO2的催化效率[7]。

為提高催化紙的強(qiáng)度,提高TiO2留著率,在催化紙抄造過程中需要添加助留助濾劑、無機(jī)纖維、沸石等助劑,但這些添加劑會占據(jù)TiO2表面的活性點(diǎn)位,導(dǎo)致TiO2催化活性降低。為解決這個問題,Ye等人首次采用生物分子(鏈霉素親合素)的鏈接將TiO2納米粒子負(fù)載于纖維上,在纖維表面均勻分布,TiO2對纖維表面的覆蓋率約為24%。研究該催化紙對活性黑染料5的降解效果,發(fā)現(xiàn)在波長365 nm紫外光的照射下,12 h活性黑染料5被徹底降解,且光催化降解反應(yīng)對納米TiO2和纖維間的生物鏈接物質(zhì)幾乎不產(chǎn)生降解作用[8]。

TiO2基催化紙?jiān)谟泻τ袡C(jī)物的礦化、消毒殺菌等方面得到了廣泛研究。目前,世界上3家提供商業(yè)催化紙的公司均采用TiO2作為催化材料。但TiO2存在光響應(yīng)范圍窄和量子效率低等缺點(diǎn),難以獲得高催化活性的催化紙。為進(jìn)一步提高其光催化性能,研究者主要從減少光生電子與空穴的復(fù)合幾率和提高太陽能的利用效率兩方面對TiO2進(jìn)行修飾改性,主要改性方法有貴金屬沉積改性、共軛聚合物改性與ZnO復(fù)合等方法。

1.2 Ag-TiO2基催化紙

使用Ag、Au、Pt等貴金屬對TiO2進(jìn)行摻雜處理,可對光生電子產(chǎn)生較強(qiáng)的吸引力,有利于光生電子向TiO2表面遷移,有效阻止電子和空穴的復(fù)合,從而提高改性TiO2的催化性能。目前,催化紙研究者一般采用Ag對TiO2進(jìn)行修飾改性,制備Ag-TiO2基催化紙。而用Au、Pt等貴金屬對TiO2改性制備催化紙的研究尚未見報道。Park等人采用光化學(xué)沉積法在TiO2混晶(金紅石型和銳鈦型比例為20∶80)上沉積Ag,制備了對可見光敏感的Ag-TiO2納米粒子,Ag的沉積量為3%,紫外可見漫反射光譜研究發(fā)現(xiàn)該納米粒子在可見光范圍有明顯吸收。將此納米粒子作為填料,通過濕部添加分別制備了TiO2基催化紙、Ag-TiO2基催化紙,光催化降解甲苯的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)這兩種催化紙對甲苯的降解率分別為23.2%和65%[9]。Youssef等人將納米TiO2進(jìn)行載銀處理制備了載銀TiO2納米粒子(Ag@TiO2),將其與聚苯乙烯溶液混合制成涂料,涂覆于紙張表面制成Ag-TiO2基抗菌紙,其抗菌性能明顯優(yōu)于TiO2基抗菌紙,對Pseudomonas、S.aureus、Candida和Staphylococc4種測試微生物都可以形成抑菌圈,而TiO2基抗菌紙僅對Pseudomonas和Staphylococc形成抑菌圈[10]。

1.3 以聚合物-TiO2復(fù)合材料為催化材料的催化紙

催化氧化反應(yīng)速率受電子從催化劑傳遞給溶解氧的速率限制,由于氧的Pπ軌道和過渡金屬的3d軌道相互作用較弱,使TiO2中產(chǎn)生的光生電子不能有效傳遞給溶解氧,TiO2的催化氧化效率較低。具有共軛分子結(jié)構(gòu)的聚合物是強(qiáng)的電子體和優(yōu)良的空穴傳輸材料,采用能與氧的Pπ軌道形成有效相互作用的共軛分子與納米TiO2進(jìn)行復(fù)合,不僅可將復(fù)合材料的光譜響應(yīng)范圍拓寬到可見光區(qū)域,還可提高光生電荷的分離效率,從而提高TiO2的催化效率。

張清爽等人以濾紙為模板,制備出類似紙狀結(jié)構(gòu)的TiO2基催化紙后,用吡咯進(jìn)行原位復(fù)合,制備了聚吡咯(PPy)修飾的TiO2基催化紙。經(jīng)過修飾作用,降低了TiO2的禁帶寬度,在太陽光下對甲基橙的催化降解活性明顯增強(qiáng)[11]。這主要是由于PPy與TiO2并不是簡單的物理包覆,兩者之間存在配位鍵作用,通過PPy的修飾作用,復(fù)合材料的禁帶寬度降低為2.03 eV,拓展了TiO2在可見光的光譜響應(yīng)范圍,且提高了吸收強(qiáng)度,為PPy-TiO2復(fù)合材料以太陽光為激發(fā)光源提供了可能。

苗冉冉等人用糠醛在H2SO4酸催化下在TiO2表面形成不同比例的TiO2-聚糠醛聚合物,將其涂覆于紙張表面進(jìn)行甲醛光催化降解研究。研究發(fā)現(xiàn)在自然光下,涂覆TiO2-聚糠醛聚合物(比例為1∶2)的紙張對亞甲基藍(lán)溶液和甲醛的光催化降解效率,比TiO2基催化紙分別提高了78%和53%[12]。

嚴(yán)安等人研究了納米TiO2-β-環(huán)糊精涂布紙對二甲苯的光催化降解性能,發(fā)現(xiàn)β-環(huán)糊精的加入對納米TiO2的光催化降解性能具有明顯的協(xié)同促進(jìn)作用,一方面β-環(huán)糊精作為共軛分子可加快電子的有效傳遞,另一方面β-環(huán)糊精具有“內(nèi)親油,外親水”的化學(xué)結(jié)構(gòu),易與甲苯等有機(jī)化合物發(fā)生吸附包合作用,形成主客體包合物,納米TiO2-β-環(huán)糊精涂布紙對二甲苯的吸附率比納米TiO2涂布紙?zhí)岣吡?50%[13]。

1.4 ZnO-TiO2基催化紙

TiO2與其他不同禁帶寬度的半導(dǎo)體材料(如ZnO)復(fù)合,利用其互補(bǔ)性質(zhì)增強(qiáng)電荷分離,抑制光生電子與空穴的復(fù)合,顯示出更高的催化活性和穩(wěn)定性。陳娜潔將不同比例的ZnO和TiO2進(jìn)行簡單機(jī)械混合后抄造ZnO-TiO2復(fù)合紙板,ZnO-TiO2復(fù)合紙板對甲基橙的光催化降解性能優(yōu)于TiO2紙板,但經(jīng)過簡單機(jī)械混合后的半導(dǎo)體未能將其吸收波長范圍擴(kuò)展到可見光區(qū)域[14]。苗冉冉等人利用溶膠凝膠法制備了納米ZnO-TiO2復(fù)合物,通過紙張涂布的方法分別制備了ZnO-TiO2基催化紙和TiO2基催化紙,發(fā)現(xiàn)ZnO-TiO2基催化紙對甲酸氣體的光催化降解性能優(yōu)于TiO2基催化紙,且通過ZnO與TiO2耦合作用,復(fù)合半導(dǎo)體的光譜響應(yīng)范圍可拓寬到可見光范圍[12]。

2 以納米ZnO及改性納米ZnO為催化材料的催化紙

2.1 ZnO基催化紙

ZnO具有優(yōu)良的電學(xué)、光學(xué)和化學(xué)性質(zhì),是一種應(yīng)用廣泛的半導(dǎo)體材料,其禁帶寬度為3.15～3.35 eV,以ZnO為催化材料的催化紙多用于催化有機(jī)反應(yīng)、抗菌等方面。2006年,Ghule等人借助于超聲波的作用,首次制備了以紙張為基材涂覆ZnO納米顆粒的催化紙。研究發(fā)現(xiàn)超聲波作用時間10～20 min較合適,進(jìn)一步延長作用時間,ZnO負(fù)載量并沒有明顯增加,該催化紙對E.coli的24 h滅活率達(dá)99.99%[15]。陳曉宇等人以四腳狀氧化鋅晶須(T-ZnOw)為填料,制備了具有廣譜抑菌性的抑菌紙,無須添加助留劑,T-ZnOw可獲得超過60%的留著率,該抑菌紙的抑菌效率優(yōu)于以粉狀ZnO微粒為填料制備抑菌紙[16]。Jaisai 等人以六亞甲基四胺為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑,通過水熱反應(yīng)將ZnO納米棒嵌入到紙張多孔矩陣結(jié)構(gòu)中,該催化紙對甲基藍(lán)和甲基橙120 min降解率分別達(dá)93%和30%。可見光照射下,E.coli的48 h、72 h抑菌圈分別達(dá)到4.4 cm2和4.9 cm2,且對革蘭氏陽性菌S.aureus、空氣中的真菌A.niger均有滅活作用[17]。

為獲得更小粒徑的ZnO納米顆粒,碳水化合物(如葡萄糖、蔗糖和淀粉等)被用作覆蓋劑對ZnO進(jìn)行修飾改性。Khatri等人用4種碳水化合物對ZnO進(jìn)行改性,制備了具有石墨化碳層的納米 ZnO 顆粒,通過濕部添加方式將其負(fù)載于紙張中,其中以褐藻酸為碳源制備的ZnO納米粒子粒徑最小(19.0 nm),具有最佳抗菌性,使E.coli和S.aureus的增長速率分別降低86.08%和81.71%,并可有效阻止G.trabeum對紙張纖維的降解[18]。

2.2 貴金屬改性的ZnO基催化紙

為拓展ZnO納米顆粒的光譜響應(yīng)范圍,提高載流子與電子的分離效率,ZnO與Au、Cu、Ag等金屬的復(fù)合成為研究者關(guān)注的熱點(diǎn)。Miura等人在ZnO催化紙上負(fù)載了Au納米粒子(AuNPs),制備了Au-ZnO基催化紙,SEM和XRD分析顯示粒徑約5nm的Au納米粒子固定在ZnO晶須上,該催化紙能夠?qū)?-硝基苯催化轉(zhuǎn)化為4-氨基苯酚,且以聚酰胺環(huán)氧氯丙烷(PAE)作為濕強(qiáng)劑抄造的催化紙,完全滿足水相中使用的強(qiáng)度要求。經(jīng)5次循環(huán)使用后其催化活性未下降。在使用過程中未檢測到Au泄漏,TEM分析顯示AuNPs未發(fā)現(xiàn)絮聚,仍均勻負(fù)載在ZnO晶須表面[19]。Koga等人在陶瓷纖維-ZnO晶須紙膜上原位合成了粒徑小于10 nm的AuNPs。該催化紙對CO低溫氧化反應(yīng)具有極好的催化活性,在20℃條件下可實(shí)現(xiàn)CO完全轉(zhuǎn)化為CO2,與傳統(tǒng)Cu-ZnO粉末催化劑相比極大降低了催化反應(yīng)溫度,且制備的紙狀復(fù)合物具有紙的彎曲性,可以適應(yīng)各種不同的反應(yīng)器外形,擴(kuò)大了該催化材料的應(yīng)用前景[20]。

Koga等人將Cu-ZnO混合粉末負(fù)載于陶瓷纖維上制成了具有微孔結(jié)構(gòu)的Cu-ZnO基催化紙,其平均孔徑為20 μm,孔隙率達(dá)50%,該催化紙可用于甲醇的自熱轉(zhuǎn)化以生成氫氣用于燃料電池,具有比商品Cu-ZnO顆粒催化劑更高的甲醇轉(zhuǎn)化率[21]。但這些粉末狀納米催化劑往往易聚集形成塊狀,導(dǎo)致其自身表面積減小,造成催化性能的下降,為進(jìn)一步提高作用效果,研究者多采用控制催化劑結(jié)構(gòu)的方法,紙狀結(jié)構(gòu)催化劑由于其多孔結(jié)構(gòu)被研究者廣泛采用。Koga通過原位合成反應(yīng)將CuNPs負(fù)載在ZnO晶須上,制備了具有微孔結(jié)構(gòu)的Cu-ZnO基催化紙,在甲醇重整催化產(chǎn)氫反應(yīng)中表現(xiàn)出極好的催化活性[22]。

Ib?nescu等人用商品ZnO納米粒子通過浸漬負(fù)載Ag,制備了Ag-ZnO納米粒子,將其涂覆于棉纖維織物上,研究發(fā)現(xiàn)其對甲基藍(lán)的催化降解性能、抗菌性能均優(yōu)于ZnO基催化紙[23]。

3 貴金屬基催化紙

3.1 納米銀紙

納米銀顆粒(AgNPs)具有廣泛的抗菌性,可通過與細(xì)菌蛋白質(zhì)的巰基發(fā)生反應(yīng),破壞其結(jié)構(gòu),并產(chǎn)生活性氧簇(ROS),損傷細(xì)菌DNA,達(dá)到抗菌效果。AgNPs可直接沉積在纖維上或在纖維上通過化學(xué)反應(yīng)原位合成AgNPs,納米銀紙?jiān)谔峁o菌環(huán)境、抗菌食品包裝方面得到了廣泛應(yīng)用。Dankovich等人利用AgNO3原位還原,在吸水紙纖維表面負(fù)載AgNPs,該納米銀紙?jiān)谒ㄟ^紙張時可使水中的細(xì)菌滅活,為在突發(fā)性水污染事件滅殺細(xì)菌提供了一種有實(shí)用意義的方法[24]。Moura等人則用羥丙基甲基纖維素(HPMC)負(fù)載不同粒徑的AgNPs制成活性食品包裝紙,研究發(fā)現(xiàn)負(fù)載小粒徑AgNPs的包裝紙具有更高的抗菌性能[25]。王忠良等人以殼聚糖(CS)和AgNO3為原料,制備了納米載銀殼聚糖涂布液(Ag-CS),對原紙進(jìn)行涂布得到Ag-CS涂布紙。將其用于櫻桃番茄包裝,可減少營養(yǎng)物質(zhì)的流失,延長果蔬的常溫儲藏期[26]。

AgNPs的自身絮聚及其與纖維之間較弱的結(jié)合力影響了納米銀紙的使用性能。Martins等人用聚合電解質(zhì)對NFC進(jìn)行表面改性后,通過靜電裝配作用使AgNPs負(fù)載于NFC上形成NFC-Ag復(fù)合材料,將其與淀粉混合制成淀粉基涂料,通過施膠壓榨對紙張進(jìn)行表面涂布,首次制備了負(fù)載NFC-Ag復(fù)合材料的催化紙,該催化紙?jiān)贏g含量為4.5×10-4%時,仍對革蘭氏陽性菌具有抗菌性[27]。

為阻止原位合成的AgNPs絮聚,Li等人用甲殼素納米晶體(CNC)作為AgNPs的載體和分散劑制備了CNC-Ag復(fù)合材料,通過涂布將其負(fù)載于紙張上,SEM分析沒有CNC作為載體的AgNPs發(fā)生了明顯的絮聚,以CNC作為分散劑的AgNPs粒徑均勻(5～12 nm),在纖維表面分布均勻,該催化紙對S.aureus和E.coli都有優(yōu)良的抗菌性,AgNPs含量為14 mg/100 cm2時,可使S.aureus和E.coli減少99%[28]。

3.2 納米鉑催化紙

鉑(Pt)催化劑由于其高效的氧化和還原作用,在催化和電催化領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。Koga等人在表面活化的碳纖維上,通過原位合成法負(fù)載了Pt納米粒子(PtNPs),TEM分析顯示粒徑小于10 nm的PtNPs均勻分布在活化后的碳纖維表面,通過抄紙過程制備出納米Pt催化紙。該催化紙可提高甲烷和NOx的轉(zhuǎn)化率,并降低了反應(yīng)響應(yīng)溫度。在該催化紙的作用下,NOx的轉(zhuǎn)化反應(yīng)在350℃時開始發(fā)生,420℃時NOx的轉(zhuǎn)化率可達(dá)到80%,而對蜂巢狀商品催化劑,450℃時轉(zhuǎn)化反應(yīng)才開始發(fā)生,催化劑中紙張的多孔微結(jié)構(gòu)被認(rèn)為是提高NOx還原效率的原因[29]。Ishihara等人以硅膠體為膠黏劑將Pt-Al2O3粉末負(fù)載在改性陶瓷纖維上,制成了Pt-Al2O3催化紙,該催化紙顯示了比Pt-Al2O3粉末和蜂巢狀商品催化劑更高的NOx轉(zhuǎn)化率,Pt-Al2O3粉末催化劑與無機(jī)纖維的簡單混合物并不具備這種催化效果[30]。

Hsieh等人在微波輔助下,采用催化化學(xué)氣相沉積的方法在碳納米管(CNT)和碳紙(CP)上合成了粒徑3～5 nm的PtNPs,其均勻覆蓋在CNT表面,形成Pt-CNT-CP電極,該電極不僅具有良好的電化學(xué)活性,而且Pt催化劑具有超級穩(wěn)定性,可循環(huán)使用1000多次。在該研究中CNT不僅作為Pt的支撐物,而且可作為PtNPs和氣體擴(kuò)散層之間的電子轉(zhuǎn)移介質(zhì)[31]。

鑒于碳納米纖維(CNF)具有優(yōu)良的熱傳導(dǎo)率,Li等人通過化學(xué)氣相沉積法制備了碳納米纖維-碳紙復(fù)合物(CNF-CP),通過浸漬處理在其上負(fù)載PtNPs,用于萘烷脫氫制備H2,該研究充分利用了CNF-CP復(fù)合材料中CNF獨(dú)特的物理化學(xué)性能和高熱傳導(dǎo)率,且利用了CP表面積大的特性,使其有利于強(qiáng)吸熱脫氫反應(yīng)的傳熱過程,極大提高了液體有機(jī)氫化物的催化轉(zhuǎn)化效果[32]。

3.3 納米金催化紙

納米金顆粒(AuNPs)對紫外和可見光有較好的吸收作用,在其表面產(chǎn)生等離子體共振效應(yīng),使納米離子迅速升溫,超過能壘促進(jìn)反應(yīng)發(fā)生,AuNPs可在溫和條件下活化反應(yīng)分子,成為新型催化劑的研究熱點(diǎn)。

將AuNPs與ZnO半導(dǎo)體材料復(fù)合可拓展ZnO的光譜響應(yīng)范圍,提高ZnO的催化活性,這些在ZnO基催化紙部分已經(jīng)介紹。將AuNPs與其他金屬(如Pt、Pd)組成雙金屬催化劑體系,不僅可進(jìn)一步提高其催化作用效果,還可以提高催化劑的穩(wěn)定性。Khosravi等人通過將AuNPs涂覆在碳紙上制備了Au-CP基片,通過Cu的欠電位沉積及氧化還原置換技術(shù)制備了Pt-Au-CP催化劑,與Pt-CP催化劑相比,該催化劑對甲醇氧化作用具有更高的電催化活性和耐毒性[33]。為避免化學(xué)反應(yīng)對環(huán)境造成的不良影響,Zhuang等人將碳纖維紙酸蝕后,首次用綠色環(huán)保的植物抽提物1,6-己二胺對碳纖維進(jìn)行改性,采用原位合成方式負(fù)載Pd-Au合金納米粒子。SEM分析表明粒徑為180 nm的Pt-Au納米粒子均勻負(fù)載在碳纖維表面。該復(fù)合電極顯示了優(yōu)良的氫還原性能,通過長周期的電化學(xué)穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)證明該電極有高耐久性,可為電化學(xué)催化裝置提供一條高效、環(huán)保的合成路線[34]。

3.4 其他金屬催化紙

納米鈀催化劑(PdNPs)在酸性條件下的氧還原反應(yīng)中顯示出與PtNPs相似的催化活性,Rego等人將PdNPs直接通過化學(xué)沉積負(fù)載在多孔碳紙上,其與商品Pt-CP催化劑相比具有更高的電催化活性,化學(xué)沉積法可避免燒結(jié)過程,沉積過程受電解質(zhì)擴(kuò)散過程控制,與其他沉積方法相比,化學(xué)沉積法更為簡單,且易于大規(guī)模化,對大規(guī)模生產(chǎn)低價電極具有較大吸引力[35]。

4 發(fā)展展望

催化紙有效克服了粉末狀催化劑難以從介質(zhì)中分離的缺點(diǎn),利用紙張的多孔立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),有利于污染物的吸附和擴(kuò)散。且由于植物纖維資源豐富,具有無毒、可再生、生物降解性等優(yōu)點(diǎn),催化紙被認(rèn)為是一種極具應(yīng)用前景的工程材料。自1995年Mutsubara等人首次提出催化紙的概念后就受到了廣泛的重視。各種催化紙廣泛用于催化降解有機(jī)物、殺菌和用作化學(xué)反應(yīng)的催化劑。但是,目前階段大部分種類的催化紙仍然處于實(shí)驗(yàn)室研究階段,未能實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。為使其實(shí)現(xiàn)商業(yè)化,應(yīng)從以下幾方面進(jìn)行更深入的研究：①有效控制負(fù)載于纖維上的催化材料微觀結(jié)構(gòu)或結(jié)晶相組成,使其處于性能最佳的狀態(tài),從微觀角度探討催化紙中活性中心的作用機(jī)理及其穩(wěn)定性的影響機(jī)制；②自由基反應(yīng)不可避免地會造成纖維損傷,如何在提高催化材料在纖維上的負(fù)載量和保證纖維強(qiáng)度方面獲得一個最佳結(jié)合,獲得同時具備高強(qiáng)度和高催化活性的催化紙。

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(責(zé)任編輯：劉振華)

Research Progress on Preparation of Catalytic Materials and Their Fixation in Catalytic Paper

MAN Xiao-bing ZHANG Xuan*

(CollegeofEnvironmentalScienceandEngineering,QiluUniversityofTechnology,Ji’nan,ShandongProvince, 250353)

(*E-mail: ahongjn@126.com)

Catalytic paper is considered as a kind of functional material with great application potential because of its unique porous three-dimensional network structure. Basing on the different catalytic materials, catalytic paper was classified into three groups such as TiO2catalytic paper, ZnO catalytic paper and noble metal catalytic paper. The effect of modification and fixation methods of the catalytic materials on the catalytic activity was reviewed. It was pointed out that two problems should be solved to obtain high catalytic performance and high strength catalytic paper.

catalytic paper; catalytic materials; fixation method; research progress

滿孝兵先生,在讀碩士研究生；研究方向：污染控制化學(xué)。

2016- 11- 08(修改稿)

TS761.2

A

10.11980/j.issn.0254- 508X.2017.04.012

本課題由山東省自然科學(xué)基金(ZR2014JL012)、山東省高等學(xué)校科技計(jì)劃項(xiàng)目(J13LDO2)資助。

*通信作者：張 旋,副教授；研究方向：污染控制化學(xué)。