TiO2光催化劑的應(yīng)用研究進(jìn)展

任小賽,李 禎

(咸陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 醫(yī)藥化工學(xué)院，陜西 咸陽(yáng) 712000)

隨著國(guó)家提出綠色發(fā)展，環(huán)境治理問題愈來愈受到關(guān)注。人們?yōu)榱私鉀Q環(huán)境問題，長(zhǎng)期著力于相關(guān)研究，雖然能夠在一定程度上解決環(huán)境污染問題，但是仍然存在治理不徹底，容易造成二次污染且使用局限較大、效率較低等問題。目前，光催化反應(yīng)越來越被關(guān)注，是一種安全高效且環(huán)境友好的環(huán)境凈化技術(shù)，其具有反應(yīng)活性高、無(wú)毒、無(wú)污染且治理成本低等優(yōu)點(diǎn)。目前應(yīng)用最廣，使用效果最好的為TiO2，其在以下幾個(gè)方面具有廣泛的應(yīng)用。

1 TiO2光催化劑在污水處理中的應(yīng)用

李洋[1]等人，利用水熱合成法制備了TiO2-GO復(fù)合物，通過考察其對(duì)水中有機(jī)污染物的去除效果，得出結(jié)論：TiO2納米粒子存在時(shí)抑制了GO的團(tuán)聚，使其對(duì)污染物具有較強(qiáng)的吸附能力，而GO的存在又增強(qiáng)了其對(duì)可見光的吸收能力，兩者之間相互作用使使其表現(xiàn)出不同于兩者的光降解機(jī)制。

張宏忠[2]等人制備了TiO2/PVDF膜并將其用于光催化膜反應(yīng)器中，研究了對(duì)牛血清蛋白溶液模擬的天然大分子廢水進(jìn)行無(wú)光截流-光催化降解交替運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，來考察復(fù)合膜的光催化性能與膜分離性能。結(jié)果表明，納米二氧化鈦的添加使膜的親水性能增強(qiáng)，其中納米二氧化鈦含量為3%時(shí)，其親水性能最好，對(duì)牛血清蛋白的截留率為93%；采用交替方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)這種方式能夠顯著恢復(fù)膜通量，避免催化劑的流失，增加了復(fù)合膜的使用壽命。

2 TiO2光催化劑在空氣凈化中的應(yīng)用

林家洪[3]等人制備了納米二氧化鈦復(fù)合材料，并考察了其對(duì)室內(nèi)空氣凈化的效果。結(jié)果表明，復(fù)合材料對(duì)空氣中微生物大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、白色念珠菌等的滅殺作用可達(dá)95%以上，在自然光24h照射下對(duì)室內(nèi)空氣中的甲醛凈化率可達(dá)95%，對(duì)室內(nèi)總有機(jī)揮發(fā)物的凈化率達(dá)90%。同時(shí)，當(dāng)水性涂料中添加0.8%的納米二氧化鈦復(fù)合材料時(shí)，涂料對(duì)甲醛的凈化率達(dá)60%。

饒俊元[4]等人制備了N摻雜納米TiO2光催化劑，對(duì)催化劑進(jìn)行表征表明，當(dāng)催化劑平均粒徑范圍在15～25 nm之間時(shí)，對(duì)可見光的吸收性能較好。同時(shí)從催化劑焙燒溫度、載體、光源功率等方面考察了N-TiO2催化劑對(duì)甲醛的催化效果，發(fā)現(xiàn)具有良好的光催化性能。

3 TiO2光催化劑在抗菌方面的應(yīng)用

孫杰[5]利用光催化還原法制備了Ag/TiO2(ATA)納米復(fù)合材料，探索了復(fù)合材料的的抗菌機(jī)理，發(fā)現(xiàn)在ATA作用下，大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的相對(duì)膜電位顯著下降，同時(shí)總NO濃度呈現(xiàn)較明顯的增加。且ATA具有較強(qiáng)的殺螨作用，當(dāng)ATA濃度為30μg/cm2時(shí)，24 h的抗螨率可達(dá)到98%。

索新穎[6]制備了以TiO2和WO3為主體材料的異質(zhì)復(fù)合納米材料，并利用Au、Ag納米顆粒和PdO對(duì)其進(jìn)行改性，考察改性后復(fù)合材料對(duì)大腸桿菌K12的抗菌效果。結(jié)果表明，改性后復(fù)合材料的光催化性能顯著增強(qiáng)，能夠殺死大腸桿菌，經(jīng)過初步探索，殺菌機(jī)理可能是因?yàn)榇嬖凇H。

4 TiO2光催化劑在制氫方面的應(yīng)用

謝怡婷[7]等人采用溶膠凝膠法合成介孔二氧化鈦并考察了在紫外光照射條件下催化劑合成溫度、用水量、模板劑用量以及催化劑焙燒溫度對(duì)光催化產(chǎn)氫活性的影響。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)焙燒溫度為350℃時(shí)，樣品結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從無(wú)定形結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)殇J鈦礦相；焙燒溫度越高，銳鈦礦相結(jié)晶度越高，當(dāng)高于550℃后，則基本轉(zhuǎn)變?yōu)榻鸺t石相。當(dāng)T合成=30℃，nCTAB/nTiO2=0.2，nH2O/nTiO2=100，T焙燒=450℃所合成的m-TiO2催化劑，在紫外光條件照射下催化劑用量=0.4 g·L-1，CH3OH濃度體積比大于20%時(shí)，產(chǎn)氫活性達(dá)170 mmol·g-1·h-1。

王超[8]制備了TiO2納米管催化劑并考察氧化電壓、鈦絲直徑、電解液中含水量、氧化時(shí)間以及摻雜濃度不同的硝酸鐵溶液對(duì)其光催化裂解水制氫的影響。結(jié)果表明：產(chǎn)氫能力最好的實(shí)驗(yàn)條件為鈦絲直徑=0.5mm、電解液質(zhì)量比為氟化銨∶乙二醇∶水=0.32∶111.55∶8、氧化時(shí)間4h、氧化電壓60V、水浴溫度30℃。

5 TiO2光催化劑在食品工業(yè)中的應(yīng)用

謝雪婷等人[9]，研究了負(fù)載型TiO2催化降解烏龍茶中殺蟲劑三唑磷的反應(yīng)，并探究了其降解途徑。結(jié)果表明：降解三唑磷的紫外光催化反應(yīng)符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程，并得出在T=500℃，CTiO2=0.15%，TiO2∶PVPK30=1∶1(m/m)，t=10 min的條件下，降解率達(dá)到98%。

郭衛(wèi)蕓[10]制備了Fe3O4·SiO2·meso-TiO2催化劑，考察了納米材料在紫外光照射下催化降解蜂蜜及禹白芷農(nóng)藥。結(jié)果表明：能夠有效降解農(nóng)藥殘留，并且在外加磁場(chǎng)時(shí)，納米材料可回收利用。

6 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)目前TiO2催化劑應(yīng)用進(jìn)展情況，未來TiO2光催化劑的應(yīng)用范圍將會(huì)更加廣闊。因此，著力于研究環(huán)境友好型的光催化劑是將會(huì)具有更加廣闊的應(yīng)用前景。