硅藻土和貝殼粉負(fù)載納米光催化材料的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀

陳 欣 王立艷 畢 菲

吉林建筑大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院（130118）

光催化納米材料在有機(jī)污染物處理和空氣凈化領(lǐng)域被廣泛關(guān)注，然而，納米材料在使用中存在分散性差、易團(tuán)聚且回收困難等不足，將納米材料固定于多孔礦物載體上有望解決上述技術(shù)難題。常見的無機(jī)多孔礦物有硅藻土、貝殼粉、沸石、活性炭、膨潤土、白炭黑、蛋白土、膨脹蛭石、高嶺石、海泡石等，這些多孔礦物具有較大的比表面積，易于分散且可高效吸附有機(jī)污染物。多孔礦物負(fù)載納米光催化材料可以使納米材料高度分散在載體表面，充分發(fā)揮其光催化活性，是目前光催化領(lǐng)域一個(gè)重要的研究方向。目前研究最多的多孔礦物為硅藻土和貝殼粉。

文章綜述了硅藻土或貝殼粉負(fù)載納米光催化材料的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀，并對(duì)多孔礦物負(fù)載納米光催化材料在空氣凈化及內(nèi)墻涂料領(lǐng)域的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

1 硅藻土負(fù)載納米光催化材料的研究現(xiàn)狀

硅藻土表面和內(nèi)部含有大量微孔結(jié)構(gòu)，比表面積大、吸附能力強(qiáng)。硅藻土負(fù)載納米光催化材料可用于有機(jī)污染物處理和制備室內(nèi)空氣凈化涂料。硅藻土負(fù)載納米光催化材料同時(shí)利用了硅藻土的吸附作用和納米材料的高效光催化作用。目前，對(duì)于硅藻土負(fù)載納米光催化材料的研究動(dòng)態(tài)已有較多報(bào)道。

夏悅[1]等首先以鈦酸四丁酯和磷酸為原料，采用溶膠凝膠法制備出P-TiO2溶膠，陳化后的PTiO2溶膠與硅藻土混合焙燒獲得硅藻土負(fù)載PTiO2。光催化研究表明，硅藻土負(fù)載P-TiO2對(duì)甲基橙和亞甲基藍(lán)的最佳降解率分別為79%和92%，明顯優(yōu)于無硅藻土負(fù)載的P-TiO2納米材料。陳建設(shè)[2]等以硫酸鈦、六水合硝酸鈰、檸檬酸為原料，采用低溫燃燒法合成出一種硅藻土負(fù)載Ce-TiO2光催化材料，在紫外光下，對(duì)RhB 溶液降解率達(dá)到93%?？娷鏪3]等將硫酸氧鈦硅藻土、氨水溶液混合，通過滴加濃硫酸調(diào)節(jié)溶液的pH 值，使TiOSO4發(fā)生水解反應(yīng)，生成的TiO2均勻負(fù)載于硅藻土表面，通過反應(yīng)條件控制使所得硅藻土負(fù)載納米TiO2中納米TiO2的覆蓋率達(dá)到了67%。王麗娟[4]等首先通過超聲活化、水熱反應(yīng)和焙燒處理制備出活化硅藻土；再以鈦酸四丁酯和硝酸鑭為原料，采用溶膠凝膠法制備出La3+/TiO2-硅藻土光催化劑；紫外光照180 min時(shí)，催化劑對(duì)亞甲基藍(lán)的降解率接近100%。焦玉榮[5]等以鈦酸丁酯為原料，在硅藻土存在下，采用溶膠凝膠法將納米TiO2負(fù)載于硅藻土表面； 太陽光照射600 min，光催化劑對(duì)氨氮廢水的降解率可達(dá)78.5%。梁歡[6]等將硝酸鐵溶液、氫氧化鈉溶液、去離子水和硅藻土混合，經(jīng)水解沉淀和高溫焙燒制得硅藻土負(fù)載納米Fe2O3光催化材料；硅藻土負(fù)載納米Fe2O3催化劑在加入H2O2后，光照120 min 時(shí)，對(duì)羅丹明B的降解率可達(dá)到98%。毛正楠[7]等將硅藻土與鈦酸四丁酯溶液混合，通過滴加濃氨水控制pH 值使鈦酸四丁酯在硅藻土表面水解，得到硅藻土負(fù)載納米TiO2光催化材料；紫外光照射120 min，復(fù)合光催化材料對(duì)甲基橙溶液的降解率達(dá)到95%。張雪濤[8]等將硅藻土浸漬在高錳酸鉀溶液中，以檸檬酸為絡(luò)合劑，滴加氨水調(diào)pH 值，經(jīng)超聲振蕩及焙燒等工序獲得硅藻土負(fù)載二氧化錳光催化材料； 甲醛吸附性能測試表明，當(dāng)吸附時(shí)間達(dá)到60 h 時(shí)，光催化材料對(duì)甲醛的吸附降解率為94%。

2 貝殼粉負(fù)載納米光催化材料的研究現(xiàn)狀

貝殼粉來源于海洋廢棄資源貝殼，其主要成分是碳酸鈣，表面含有大量孔隙結(jié)構(gòu)，吸附能力強(qiáng)。以貝殼粉為載體的納米光催化材料研究已有報(bào)道。

王玨[9]將鈦酸四丁酯和硝酸鑭溶于異丙醇中，加入貝殼粉，通過溶膠凝膠法制備了貝殼粉負(fù)載La-TiO2復(fù)合光催化材料； 復(fù)合光催化材料在紫外光照3 h 后，對(duì)氧化樂果溶液的降解率為53%。李秀芹[10]先以鈦酸四丁酯和九水合硝酸鐵為原料，通過溶膠凝膠法制備了Fe 摻雜TiO2溶膠，再加入貝殼粉，通過浸漬法制備了貝殼粉負(fù)載納米Fe3+-TiO2光催化劑。佟珊玲[11]等在冰浴條件下，向甲醇水溶液中緩慢滴加四氯化鈦溶液，冷卻至室溫后，加入貝殼粉，調(diào)節(jié)pH 值進(jìn)行水解，產(chǎn)物經(jīng)過濾、洗滌及煅燒后形成貝殼粉負(fù)載TiO2光催化劑；在自然光照12 h 后，催化劑對(duì)玫紅酸的降解率為97%。鄒曉蘭[12]先將氯化鈉溶液和十二烷基苯磺酸鈉混合，再依次加入氯化銅粉體和貝殼粉，攪拌使氯化銅水解，最后經(jīng)抽濾、超聲、洗滌、干燥、煅燒等工藝制備出納米Cu2O/珍珠貝殼粉復(fù)合光催化材料；所得光催化劑對(duì)活性大紅染料B-3G 同時(shí)具有很高的吸附率和優(yōu)異的光催化活性。李紅[13]等利用水解沉淀法，將納米Cu2O 固定到廢棄的牡蠣貝殼粉上，制備了牡蠣貝殼/納米Cu2O 復(fù)合材料；用可見光和紫外光分別照射60 min 時(shí)，牡蠣貝殼/納米Cu2O 復(fù)合材料對(duì)大腸桿菌的殺菌率可達(dá)到99.6%。張鑫[14]等將五水合銷酸鉍、碘化鉀、乙二醇和貝殼粉混合后轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜，在180 ℃反應(yīng)24 h 得到貝殼粉/BiOI 復(fù)合光催化劑；模擬可見光照射60 min 時(shí)，復(fù)合光催化劑對(duì)羅丹明B 溶液的降解率可達(dá)80.35%。陳嘉琳[15]等將五水合四氯化錫、硫脲、檸檬酸鈉、去離子水混合均勻后，通過水熱法制備了貝殼粉/SnS2納米復(fù)合材料；可見光輻射120 min 時(shí)，催化劑對(duì)RhB 溶液的降解率可達(dá)到83%。張永明[16]等以硼酸、鈦酸四丁酯和貝殼粉為原料，采用水熱法制備了B-TiO2/貝殼納米復(fù)合材料，對(duì)甲基橙溶液表現(xiàn)出很高的光催化降解特性。

3 硅藻土和貝殼粉負(fù)載納米光催化材料在涂料中的應(yīng)用前景

硅藻土和貝殼粉是制備綠色環(huán)保凈化功能內(nèi)墻涂料的主要填料，然而，要達(dá)到高效的有機(jī)污染物凈化性能，只靠貝殼粉的吸附性是不夠的，還需要在涂料中添加具有降解能力的光催化納米材料。硅藻土或貝殼粉負(fù)載納米光催化材料可有效解決納米材料的分散問題，在內(nèi)墻涂料中的應(yīng)用前景廣闊。目前，硅藻土或貝殼粉負(fù)載納米光催化材料的研究方向主要集中在有機(jī)污染物處理方面，而凈化涂料研究方面的報(bào)道較少。其原因是以有機(jī)污染物溶液為目標(biāo)降解物的研究過程比較方便，而以室內(nèi)空氣中甲醛為凈化目標(biāo)的研究較為復(fù)雜。隨著光催化納米材料制備技術(shù)的不斷成熟，硅藻土和貝殼粉等無機(jī)多孔礦物負(fù)載納米光催化材料將廣泛應(yīng)用于凈化功能涂料領(lǐng)域。