噴霧熱解技術(shù)及其在環(huán)境污染控制領(lǐng)域的應(yīng)用

劉振剛，孫月，羅磊

1.中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心

2.中國科學(xué)院大學(xué)

作為一種新興材料，納米材料因其獨特的物理和化學(xué)性質(zhì)而備受關(guān)注，不僅在基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域得到應(yīng)用，而且在環(huán)境領(lǐng)域也得到廣泛關(guān)注。環(huán)境功能納米材料的制備方法主要包括水熱法、氣相沉積法、模板法、溶膠-凝膠法、濺射法等，但是這些方法存在條件嚴苛、工序繁瑣和反應(yīng)時間長等不足，并且不適合大規(guī)模的連續(xù)生產(chǎn)和工業(yè)化應(yīng)用[1]。因此，為了促進納米材料的工業(yè)化應(yīng)用，采用便捷、高效、工業(yè)上可行的大規(guī)模生產(chǎn)功能性納米結(jié)構(gòu)材料的合成技術(shù)迫在眉睫[2]。

噴霧熱解是一種新型的氣相法合成納米材料的技術(shù)，由于其簡單、經(jīng)濟、連續(xù)、易于拓展到工業(yè)化應(yīng)用等優(yōu)點而備受關(guān)注。通過噴霧熱解可以精確地控制材料的化學(xué)成分和形貌，并沉積大量的金屬氧化物和復(fù)合薄膜[3]。目前，關(guān)于噴霧熱解技術(shù)研究方面的綜述較少，且大多關(guān)注其在能源[2,4-7]和傳感[8]領(lǐng)域的應(yīng)用，而對于其在環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用鮮有報道。筆者系統(tǒng)地介紹噴霧熱解技術(shù)及其設(shè)備，并闡述噴霧熱解技術(shù)在環(huán)境污染控制領(lǐng)域的應(yīng)用，以期為未來噴霧熱解技術(shù)在環(huán)境污染控制領(lǐng)域的相關(guān)研究提供參考。

1 噴霧熱解技術(shù)

噴霧熱解技術(shù)是20 世紀80年代發(fā)展的從溶液中合成粉末材料和薄膜的重要技術(shù)之一[2,7]，該技術(shù)是通過在高溫下分解前驅(qū)體溶液分子來產(chǎn)生粉末顆粒物的過程[9]。噴霧熱解過程中水溶劑或非水溶劑的前驅(qū)體溶液被霧化并由載氣攜帶到反應(yīng)器中，其中每個霧滴有效地充當一個單獨的微反應(yīng)器，并且經(jīng)歷一系列物理和化學(xué)反應(yīng)，包括溶液霧化、蒸發(fā)、沉淀、干燥和分解，并形成固體粉末或薄膜[2,9]。噴霧熱解技術(shù)高效、通用性與可擴展性強，適用于在線連續(xù)生產(chǎn)，為合理設(shè)計和合成具有可裁剪成分與形貌的各種功能納米結(jié)構(gòu)材料提供了巨大的潛力[2]，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體薄膜、多組分陶瓷和電極材料的制備中[7]。

2 噴霧熱解設(shè)備

噴霧熱解設(shè)備主要由霧化器、加熱裝置和收集裝置組成。霧化器的主要功能是將前驅(qū)體溶液霧化成霧滴，根據(jù)前驅(qū)體溶液霧化方式的不同，霧化器可以分為超聲霧化器、氣動（壓力、雙液）霧化器和靜電霧化器。加熱裝置主要是對霧化液滴進行加熱，使其在加熱區(qū)發(fā)生熱解反應(yīng)。根據(jù)加熱方式的不同，噴霧熱解可以分為管式爐噴霧熱解、噴霧熱解沉積和火焰噴霧熱解（圖1）。收集裝置主要是對噴霧熱解后的固體粉末或薄膜樣品進行收集。

圖1 不同加熱方式的噴霧熱解加熱設(shè)備示意Fig.1 Illustrations of spray pyrolysis heating equipment with different heating methods

2.1 霧化器

2.1.1 超聲霧化器

1927年Wood 等[10]首次發(fā)現(xiàn)了高頻超聲對液滴的霧化現(xiàn)象，即液體層受到高頻超聲波的嚴重干擾時，固液界面上會產(chǎn)生細小的液滴[2]。高頻超聲霧化的工作原理主要涉及動量傳遞，當超聲波沿液膜垂直傳播時，會產(chǎn)生毛細管表面波，其具有波峰和波谷。當毛細管的振幅足夠高時，毛細管的波峰會將水滴從表面拋離，從而產(chǎn)生液滴，隨后超聲將一個液滴與另一個液滴分離[1-2,11]。Lang[12]通過試驗建立了超聲霧化時超聲頻率與液滴尺寸之間的關(guān)系，公式如下：

式中：Ddroplet為霧滴直徑，m； γ為前驅(qū)體溶液的表面張力，N/m；ρ為前驅(qū)體溶液的密度，kg/m3；f為超聲頻率，MHz。

超聲霧化器由于其霧滴產(chǎn)生控制方便，是目前實驗室廣泛采用的霧化器。超聲波的頻率一般在MHz 級別，施加在液體上的壓電振動會產(chǎn)生直徑幾μm 至幾十μm 的霧滴，且粒徑分布窄[9,13-14]。前驅(qū)體溶液的參數(shù)（如表面張力、黏度等）會隨著頻率的變化而影響霧滴尺寸。例如，低表面張力和高質(zhì)量密度的前驅(qū)體溶液有利于小霧滴的產(chǎn)生[4]，而壓電振動的強度不足以從高黏度或高濃度的漿液中產(chǎn)生霧滴[9]。

2.1.2 氣動霧化器

氣動霧化器的基本機理是將壓縮空氣與噴嘴高速噴射出的前驅(qū)體溶液混合，然后在空氣與液體之間的強剪切力作用下將液體分散成氣溶膠霧滴的過程[2,4,13,15]。首先，液體被分解成細絲和大液滴，然后在氣體射流動能的作用下進一步粉碎成更小的液滴[4]。根據(jù)空氣與液體的接觸面積，氣動霧化可以分為2 類[2]：1）如果接觸面積在噴嘴頭內(nèi)，稱為內(nèi)部混合；2）如果接觸面積在噴嘴頭外，則稱為外部混合。一般來說，增加氣體和液體之間的相對速度可以減小氣溶膠的霧滴顆粒。霧滴的大小也受液體和氣體性質(zhì)的影響，如液體的表面張力、密度和黏度，以及氣體流動的速度和密度等[4]。

2.1.3 靜電霧化器

靜電霧化器主要由毛細管噴嘴和萃取電極兩部分組成[2]。靜電霧化是指通過在毛細管噴嘴和萃取電極之間施加電壓，隨后利用電場產(chǎn)生的靜電力來進行液滴霧化[4]。通常施加的電壓是1～20kV[2]。在靜電霧化過程中，從噴嘴流出狀如半月板的液體，隨后在電場的作用下，液體的靜電力克服液體的表面張力，使得射流液體分散成小的氣溶膠[2,4]。靜電霧化產(chǎn)生的霧滴尺寸要比超聲霧化和氣動霧化小，該方法的主要局限性是生產(chǎn)效率相對較低，實際應(yīng)用中需要大量的噴嘴并行化運行[4]。

2.2 噴霧熱解加熱設(shè)備

2.2.1 管式爐噴霧熱解

管式爐噴霧熱解〔圖1（a）〕主要用于固體粉末或薄膜材料的制備，其原理是霧滴在載氣的作用下，進入加熱的管式爐，并在加熱區(qū)域進行霧滴的蒸發(fā)、沉積、干燥和分解，形成固體粉末或薄膜，最終被粉末捕獲器收集。管式爐噴霧熱解設(shè)備主要由載氣系統(tǒng)、前驅(qū)體溶液、霧化器、管式爐熱解室、粉末捕獲器(或沉積薄膜的襯底)5 部分組成[2]。由于管式爐的加熱區(qū)較長，且加熱區(qū)的最高溫度往往低于1200℃，故霧滴在加熱區(qū)停留的時間一般為幾秒鐘。在加熱過程中，每個霧滴充當一個微反應(yīng)器，用于合成和組裝納米粉末顆粒。管式爐噴霧熱解具有連續(xù)加工、穩(wěn)定性強、高效、一步合成、低成本等優(yōu)點，但是存在樣品結(jié)晶度低和振實密度低等不足[2]。為了提高樣品的結(jié)晶度，可以對收集到的固體粉末或薄膜進行進一步的后處理(如煅燒、氧化、還原等)，以期獲得所需的納米材料[5-6]。

2.2.2 噴霧熱解沉積

噴霧熱解沉積〔圖1（b）〕主要用于薄膜材料的制備，其原理是前驅(qū)體溶液以氣溶膠霧滴的形式通過噴嘴噴射到加熱基底上[7]，霧滴在基底上蒸發(fā)、沉淀、干燥、分解，并形成薄膜。噴霧熱解沉積所采用的溫度一般為中溫（200～500℃）。薄膜質(zhì)量是由溶劑蒸發(fā)、霧滴狀態(tài)和化學(xué)反應(yīng)所決定，均受霧滴大小和動量的影響[3]。通過修改工藝參數(shù)（如噴嘴與基底的距離、熱解溫度、熱解時間、霧滴速率等）和溶液組成，可以精確控制薄膜的成分和形貌[2]。例如，基底熱解溫度越高，沉積的薄膜越粗糙，多孔性越強，但如果熱解溫度太低，薄膜就會破裂；此外，熱解溫度也會影響噴霧熱解沉積制備的薄膜的紋理、結(jié)晶度、相組成等性能[2]。

2.2.3 火焰噴霧熱解

火焰噴霧熱解〔圖1（c）〕主要用于固體粉末（如納米金屬氧化物、摻雜金屬氧化物等）的制備，其原理是含有前驅(qū)體的霧滴通過火焰，誘發(fā)顆粒成核、生長，并凝聚成固體大顆粒，最后被袋式過濾器收集[6,13]。盡管霧滴在火焰中的停留時間只有幾毫秒，但在3000℃的火焰溫度下，可以形成多種高結(jié)晶度的樣品[13]。此外，易燃溶劑（如甲醇、丙烷等）可以作為前驅(qū)體溶液的溶劑，在火焰噴霧熱解過程中，由于溶劑的炭化，可以促進碳元素滲到最終產(chǎn)物中[13]?；鹧鎳婌F熱解的缺點是火焰燃料中氧氣的存在導(dǎo)致制備非氧化物材料非常困難[13]。另外，因霧滴在熱源中停留時間短，難以控制顆粒成核和結(jié)塊，而且高的火焰溫度在晶相方面限制了亞穩(wěn)態(tài)材料的產(chǎn)生[13]。

2.3 收集裝置

在噴霧熱解過程中，當霧化霧滴在熱解區(qū)完成霧滴向固體的轉(zhuǎn)變后，得到熱解產(chǎn)物（該熱解產(chǎn)物主要為固體粉末或薄膜）[16]。針對固體粉末樣品，可以根據(jù)物料類型、產(chǎn)物質(zhì)量和顆粒大小來選擇旋分分離器、袋式過濾器、電場除塵器或氣體洗滌瓶等對產(chǎn)物進行收集[11,13,16]；針對薄膜樣品，則直接對薄膜進行收集。

3 噴霧熱解產(chǎn)物的影響因素

盡管不同噴霧熱解過程中發(fā)生的物理和化學(xué)過程是相似的，但通過霧化霧滴和熱解加熱裝置之間存在的差異可以制備出具有不同結(jié)構(gòu)特征和性質(zhì)的納米材料[13]。噴霧熱解產(chǎn)物的影響因素主要有2 類，即前驅(qū)體溶液的性質(zhì)和熱解過程參數(shù)。其中，溶劑、金屬鹽和添加劑決定前驅(qū)體溶液的性質(zhì)，而霧化方式、載氣、熱解室構(gòu)型、熱解溫度等熱解過程參數(shù)顯著影響產(chǎn)物的性質(zhì)。

3.1 前驅(qū)體溶液

3.1.1 溶劑

前驅(qū)體溶液中常用的溶劑有水、有機溶劑、離子液體和超臨界流體等[9]。水是最常用的溶劑，因為它安全、廉價、穩(wěn)定、普適。相比之下，有機溶劑不穩(wěn)定、有毒且價格昂貴。對于溶劑而言，溶解度、沸點、黏度、密度、表面張力影響霧化霧滴的形成，并進一步影響熱解產(chǎn)物的形貌和產(chǎn)率[2,9]。溶劑的作用有很多，比如溶劑本身可以保護最初形成的產(chǎn)物單晶顆粒不被聚集[13]。此外，產(chǎn)物形成過程伴隨著溶劑的快速蒸發(fā)和溶質(zhì)的分解，有利于形成微孔和中空結(jié)構(gòu)。在某些情況下，有機溶劑除了充當溶劑外，還可以被當作反應(yīng)過程的碳源、模板或燃料等[2]。

3.1.2 金屬鹽

金屬鹽的種類和濃度可以決定噴霧熱解法制備納米材料的形貌和尺寸[6]。為了保證生產(chǎn)效率，通常要求金屬鹽具有良好的溶解度和相對較低的分解溫度[2]。符合要求的金屬鹽組有無機鹽化合物（包括硝酸鹽、硫酸鹽和氯化物）和金屬有機化合物（如醋酸鹽、草酸鹽、醇鹽等）[2,6]。無機鹽由于其低成本和水溶性，是最常用的前驅(qū)物。相比之下，金屬有機物不穩(wěn)定、有毒，而且價格昂貴，其應(yīng)用的普遍性弱于無機鹽化合物。

3.1.3 添加劑

噴霧熱解過程中通常采用鹽、聚合物和低沸點化學(xué)品作為添加劑[16]。溶劑中添加劑的用途是多元的，如通過改變?nèi)芤旱酿ざ然虮砻鎻埩?，從而改變霧滴的大小或霧化速率；此外，防止產(chǎn)物顆粒團聚也是添加劑的另一個作用[9,16]。添加劑也可以改變產(chǎn)物顆粒的性質(zhì)，如蔗糖或碳納米管被用來控制產(chǎn)物顆粒的電導(dǎo)率等性質(zhì)[9]。另外，一些添加劑通常扮演絡(luò)合劑、表面活性劑、碳源和功能模板的角色[2]。Choi 等[17]通過在前驅(qū)體溶液中添加聚苯乙烯，并采用噴霧熱解法合成了由多個納米球組成的具有優(yōu)異鈉離子存儲性能的三維石墨烯微球，發(fā)現(xiàn)聚苯乙烯的加入避免了三維石墨烯微球中MoS2的堆疊，并成為微球支架，豐富了微球的孔隙結(jié)構(gòu)。Hong 等[18]以草酸錫和聚乙烯吡咯烷酮為原料，采用噴霧熱解法制備了SnO2和SnO 混合四方晶的核殼結(jié)構(gòu)氧化錫-碳復(fù)合粉末，發(fā)現(xiàn)聚乙烯吡咯烷酮充當噴霧熱解反應(yīng)中的碳源，影響了氧化錫-碳復(fù)合粉末的晶體結(jié)構(gòu)和形貌。

3.2 熱解過程參數(shù)

3.2.1 霧化方式

霧化器用來調(diào)節(jié)前驅(qū)體溶液的流量和流速[7]。不同霧化器的霧化方式差異也會導(dǎo)致霧滴尺寸和霧滴初始速度的差異[2]。在噴霧熱解過程中，霧滴尺寸會影響最終產(chǎn)物的顆粒尺寸；霧滴初速度會影響霧滴在熱解腔的停留時間[2]。超聲霧化器是實驗室最方便的霧滴發(fā)生器，由式（1）可知，霧滴直徑的大小取決于前驅(qū)體溶液的黏度、密度和超聲波的頻率。超聲霧化產(chǎn)生的霧滴直徑往往在1～100μm[2]。氣動霧化器是利用載氣和前驅(qū)體溶液之間剪切力產(chǎn)生霧滴。霧滴直徑的大小取決于前驅(qū)體溶液的密度和表面張力以及液片的厚度和氣液相之間的相對速度。氣液相之間的相對速度越大，越有利于產(chǎn)生小粒徑的霧滴。氣動霧化產(chǎn)生的霧滴直徑一般在10～100μm[2]。靜電霧化器利用電場的作用將前驅(qū)體溶液霧化，故所需的前驅(qū)體溶液應(yīng)該是導(dǎo)電的。前驅(qū)體溶液的物理參數(shù)（如電導(dǎo)率、介電常數(shù)、表面張力、黏度等）和噴嘴與萃取電極之間的偏置電壓決定霧滴的大小[2]。靜電霧化器產(chǎn)生的霧滴分布較窄，直徑往往在0.1～10μm[2]。霧滴直徑的差異會影響其在加熱區(qū)的蒸發(fā)速率、停留時間和析出速率，進而影響固體顆粒產(chǎn)物的粒度、形貌、晶相等物化性質(zhì)。

3.2.2 載氣

由于霧化產(chǎn)生的霧滴初速度非常小，所以必須依靠載氣或者其他動力對霧滴進行運輸[14]。載氣的主要作用是將霧滴送入高溫區(qū)，在高溫區(qū)發(fā)生熱解反應(yīng)。在管式爐噴霧熱解過程中，載氣的速度決定霧滴在熱解爐內(nèi)的停留時間，從而決定產(chǎn)物特性（如形貌、結(jié)晶度、孔隙度和比表面積等）[2]。另外，載氣也可在加熱區(qū)為霧滴反應(yīng)提供氣氛：如氮氣或氬氣可以為熱解反應(yīng)提供惰性氣氛；氫氣可以為熱解反應(yīng)提供還原氣氛；空氣或氧氣可以為熱解反應(yīng)提供氧化氣氛。不同氣氛下制備的固體產(chǎn)物會影響產(chǎn)物的元素分布、晶相和孔隙度等性質(zhì)。此外，載氣也可以用作反應(yīng)物，如氨或硫化氫氣體可作為氮或硫化物顆粒的反應(yīng)物[9]。

3.2.3 熱解室構(gòu)型及熱解溫度

熱解室為噴霧熱解反應(yīng)提供熱源和反應(yīng)空間。熱解室的結(jié)構(gòu)參數(shù)和載氣的流速決定霧化霧滴在熱解室的停留時間，從而決定產(chǎn)物的特性[2]。載氣的流速過快，會導(dǎo)致顆粒的結(jié)晶度降低，需要進一步退火等后處理以提高其結(jié)晶度；載氣流速過慢，會導(dǎo)致顆粒在重力的作用下沉積在管壁，影響產(chǎn)物的產(chǎn)率。熱解室可以設(shè)計為多區(qū)加熱，每一個加熱區(qū)單元可以采用不同溫度、不同氣氛工作，并在其內(nèi)單獨完成蒸發(fā)、沉淀、干燥、分解等單元過程[2]。原理上，熱解室的工作溫度應(yīng)高于溶質(zhì)的分解溫度[2]。當加熱和冷卻速度快且停留時間短時，有利于納米顆粒的亞穩(wěn)態(tài)或非晶態(tài)相的形成，這對具有獨特結(jié)構(gòu)和性能的功能納米材料的制備有著重要影響[5]。

4 噴霧熱解技術(shù)在環(huán)境污染控制領(lǐng)域的應(yīng)用

近年來，功能納米材料作為一種凈化環(huán)境的材料已廣泛應(yīng)用于環(huán)境污染的控制中。而噴霧熱解技術(shù)制備的功能納米材料因其獨特的物化性能，已經(jīng)應(yīng)用于食品、催化、能源、生物醫(yī)學(xué)、航空航天、傳感器和電子等領(lǐng)域[5]。隨著噴霧熱解技術(shù)的快速發(fā)展和新型納米材料的規(guī)模制備，噴霧熱解技術(shù)制備的功能納米材料在環(huán)境污染控制領(lǐng)域已經(jīng)得到越來越多的應(yīng)用。

4.1 在污染控制領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀

噴霧熱解技術(shù)常通過制備固體粉末和薄膜的手段來制備環(huán)境功能納米材料。其中，管式爐噴霧熱解技術(shù)和噴霧熱解沉積技術(shù)是最常采用的制備技術(shù)。管式爐噴霧熱解所得的熱解產(chǎn)物具有多種形貌，如空心球，多孔球等；噴霧熱解沉積技術(shù)常用于薄膜材料的制備。同時，需要指出的是噴霧熱解技術(shù)在熱解過程中除了得到固體產(chǎn)物，還會伴隨著尾氣（如SOx、NOx等）等副產(chǎn)物的產(chǎn)生和熱能的損失，如何收集尾氣和熱能再利用也是噴霧熱解技術(shù)亟需解決的問題。

噴霧熱解技術(shù)在環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展迅速，目前主要集中在光催化降解大氣污染物或水體污染物領(lǐng)域（表1）。此外，除了光催化，噴霧熱解制備的納米材料也可以通過吸附、還原等原理去除環(huán)境中的污染物。噴霧熱解技術(shù)在大氣領(lǐng)域的應(yīng)用較少，且主要集中于光催化去除污染氣體的領(lǐng)域，而吸附和還原等去除原理在大氣領(lǐng)域的應(yīng)用較少。相比于大氣領(lǐng)域，噴霧熱解技術(shù)在水處理領(lǐng)域的應(yīng)用則更為廣泛，且其去除機制涉及到光催化、吸附和還原等原理?？傮w來說，噴霧熱解技術(shù)在環(huán)境領(lǐng)域（大氣領(lǐng)域、水處理領(lǐng)域等）的應(yīng)用還處于研究的初期階段，并且在一些環(huán)境領(lǐng)域，如固廢、土壤等領(lǐng)域的研究還處于空白階段。因此，大力發(fā)展噴霧熱解技術(shù)在環(huán)境污染控制領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要意義。

表1 噴霧熱解技術(shù)合成環(huán)境納米材料的應(yīng)用案例Table 1 Application cases of spray pyrolysis technology to synthesize environmental nanomaterials

4.1.1 在大氣領(lǐng)域的應(yīng)用

在大氣領(lǐng)域，噴霧熱解技術(shù)可以通過制備半導(dǎo)體催化劑來對氣體中的污染物進行光催化去除。Dong 等[19]通過在前驅(qū)體溶液（硝酸鉛和偏鎢酸銨水合物）中不添加和添加檸檬酸分別制備得到實心和空心PbWO4，將其用于NO 氧化。結(jié)果表明，空心球結(jié)構(gòu)的形成是由于球體生成過程中檸檬酸的分解和氣態(tài)產(chǎn)物的釋放所導(dǎo)致，并且空心球的PbWO4由于微觀結(jié)構(gòu)和形貌的差異，其光催化活性優(yōu)于實心微球。Khojier[47]通過噴霧熱解沉積法在玻璃基底上制備了ZnO 薄膜，并在100～300℃范圍內(nèi)測試了其對不同有毒氣體和蒸氣（一氧化碳、氨、硫化氫、氯氣、二氧化氮、苯、甲醛、甲苯）的敏感度和選擇性。結(jié)果表明，在研究的溫度范圍內(nèi)，ZnO 薄膜對NO2氣體的選擇性優(yōu)于其他有毒氣體和蒸氣，且具有良好的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性。Dundar 等[48]通過噴霧熱解技術(shù)在窗戶玻璃上沉積了TiO2薄膜，并在多段塞流反應(yīng)器中測試了TiO2薄膜對揮發(fā)性有機物甲基叔丁基醚的光催化降解活性，得到在350 ℃下沉積的TiO2薄膜對甲基叔丁基醚的轉(zhuǎn)化率最高（約為80%），實現(xiàn)了TiO2薄膜空氣凈化和自清潔應(yīng)用。

4.1.2 在水處理領(lǐng)域的應(yīng)用

在水處理領(lǐng)域，噴霧熱解技術(shù)可以通過制備半導(dǎo)體催化劑或吸附材料對水環(huán)境中的污染物進行有效去除。Cui 等[49]利用甘油和檸檬酸鐵銨噴霧熱解制備了N 摻雜的多孔鐵/碳微球（記為Fe/C-N）。噴霧熱解過程中，熱分解的檸檬酸鐵銨釋放的還原性氣體與碳表面反應(yīng)，在碳表面沉積氮的同時促進碳表面Fe0和Fe3O4的原位生成。應(yīng)用該復(fù)合材料去除水體中Cr6+時，在吸附和還原的作用下，對Cr6+的去除能力高達33mg/g。Ji 等[23]采用噴霧熱解法合成具有高密度Ti3+和氧空位的黑色TiO2-x微球，將其在可見光下對溶液中的亞甲基藍進行光催化降解，結(jié)果表明，黑色TiO2-x微球的光活性是白色TiO2的22.1 倍。Vojoudi 等[24]通過噴霧熱解法合成了赤鐵礦-氧化鋁（Fe2O3-Al2O3）空心球復(fù)合材料并用于水中多環(huán)芳烴的去除，結(jié)果表明，該空心球復(fù)合材料對水中蒽、菲和萘的吸附能力分別為370、333 和322 mg/g，是一種高效率去除水溶液中多環(huán)芳烴的合適吸附劑。

4.2 噴霧熱解技術(shù)在污染控制領(lǐng)域的熱點可視化分析

通過文獻可視化軟件VOSviewer，并基于Web of Science 數(shù)據(jù)庫對噴霧熱解在環(huán)境污染控制領(lǐng)域的文獻進行熱點和發(fā)展趨勢分析。按照檢索詞“spray pyrolysis” 和“environment”進行檢索，共檢索到相關(guān)文獻1 033 篇（截至2022年9 月16 日）。通過篩選出現(xiàn)頻次15 次以上的關(guān)鍵詞，并對得到的關(guān)鍵詞進行篩選，最終得到4 個聚類共24 個關(guān)鍵詞（圖2）。在聚類Ⅰ中頻繁出現(xiàn)的詞有氧化、還原、吸附、光催化等，說明聚類Ⅰ與噴霧熱解產(chǎn)物去除污染物的機理相關(guān)。聚類Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ中頻繁出現(xiàn)的詞有噴霧熱解、超聲噴霧熱解、粉末、薄膜、電化學(xué)特性、光學(xué)特性等，說明聚類Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ與噴霧熱解的方式、產(chǎn)物特性和應(yīng)用相關(guān)。

5 結(jié)語

噴霧熱解技術(shù)是一種簡便、連續(xù)、經(jīng)濟可行的制備納米材料的合成方法。在環(huán)境污染控制領(lǐng)域，通過控制前驅(qū)體溶液組分和熱解過程參數(shù)得到的環(huán)境功能納米材料可以利用光催化、吸附、還原等原理較好地去除大氣和水體中的目標污染物，實現(xiàn)控制環(huán)境污染的目的。噴霧熱解技術(shù)因其簡便、廉價、可擴展性強和相容性高等特點，無論在實驗室還是在工業(yè)化水平上均是一種制備功能材料的有重要應(yīng)用前景的技術(shù)。

目前噴霧熱解技術(shù)制備環(huán)境功能納米材料以及環(huán)境應(yīng)用還處在研究的初期階段。盡管噴霧熱解技術(shù)在環(huán)境污染控制領(lǐng)域具有工業(yè)化應(yīng)用的潛力，但其從實驗室走向工業(yè)化應(yīng)用還面臨一些挑戰(zhàn)：1）噴霧熱解技術(shù)從實驗室規(guī)模擴展到工業(yè)化應(yīng)用過程中為了穩(wěn)定制備所需的熱解產(chǎn)物，工程參數(shù)需要進行相應(yīng)的調(diào)整優(yōu)化；2）某些前驅(qū)體溶液由昂貴的鹽和溶劑組成，且部分前驅(qū)體溶液在熱解過程中還會排放NOx、SOx、HCl、NH3等污染物，尾氣凈化和熱能再利用也是需要解決的問題；3）噴霧熱解技術(shù)產(chǎn)生的粉末和薄膜材料的可重復(fù)性使用會直接影響其制備成本和環(huán)境處理的經(jīng)濟效益，通過工藝調(diào)控制備易于回收和重復(fù)性能好的噴霧熱解材料也是研究的重要方向。