迄今为止,关于光催化氧化机理方面的理论已经相当成熟,而围绕着TiO2光催化剂的研究却方兴未艾。有关光催化剂TiO2的研究主要集中在以下几个方面:光催化剂载体的研究、TiO2固定化技术的研究、TiO2的改性研究和纳米化TiO2的研制。文章集中介绍其中的载体、改性以及纳米化的研制技术。
光催化反应发展初期主要采用粉末态投加方式,该法由于存在着无法回收、后处理复杂、操作运行费用高等缺点而难以在实际中应用。针对这一问题国内外学者在TiO2的固定化方面做了大量工作。其中,无论是将TiO2做成膜负载在玻璃片、纤维片、铝片等材料上,还是将TiO2负载在各种固体颗粒上,都需要寻求合适的载体。
TiO2光催化剂载体的作用主要体现在:
(1)固定TiO2、防止流失、易于回收和提高TiO2的利用率;
(2)增加TiO2光催化剂整体的比表面积;
(3)提高光催化活性。因为某些载体可与TiO2发生相互作用,有利于E-H+的分离并增加对反应物的吸附,同时实现载体的再生;
(4)提高光源利用率。如将TiO2制成薄膜后,化剂表面受到光照射的催化剂粒子数目增加;
(5)将催化剂用载体固定,便于制成各种形状的光催化反应器。
光催化剂载体首先要求能改善所担载的物质的组织结构(如增加孔隙、表面积等),同时由于光催化剂是靠光和催化剂的结合来发挥催化作用的,只有被光激活的催化剂才具有光催化效果。因此,良好的光催化剂载体应具有以下特点:具有良好的透光性;在不影响TiO2催化活性的前提下,与TiO2颗粒间具有较强的结合力;比表面积大;对被降解的污染物有较强吸附性;易于固液分离;有利于固-液传质;化学惰性等。
目前,国内外研究较多的催化剂载体有:SiO2,Al2O3、玻璃纤维网(布)、空心陶瓷球、海砂、层状石墨、空心玻璃珠、石英玻璃管(片)、普通(导电)玻璃片、有机玻璃、光导纤维、天然粘土、泡沫塑料、树脂、木屑、膨胀珍珠岩、活性炭等。