TiO2光催化剂的应用研究进展

2020-02-24任小赛

山东化工 2020年4期

任小赛,李祯

(咸阳职业技术学院医药化工学院，陕西咸阳 712000)

随着国家提出绿色发展，环境治理问题愈来愈受到关注。人们为了解决环境问题，长期着力于相关研究，虽然能够在一定程度上解决环境污染问题，但是仍然存在治理不彻底，容易造成二次污染且使用局限较大、效率较低等问题。目前，光催化反应越来越被关注，是一种安全高效且环境友好的环境净化技术，其具有反应活性高、无毒、无污染且治理成本低等优点。目前应用最广，使用效果最好的为TiO2，其在以下几个方面具有广泛的应用。

1 TiO2光催化剂在污水处理中的应用

李洋[1]等人，利用水热合成法制备了TiO2-GO复合物，通过考察其对水中有机污染物的去除效果，得出结论：TiO2纳米粒子存在时抑制了GO的团聚，使其对污染物具有较强的吸附能力，而GO的存在又增强了其对可见光的吸收能力，两者之间相互作用使使其表现出不同于两者的光降解机制。

张宏忠[2]等人制备了TiO2/PVDF膜并将其用于光催化膜反应器中，研究了对牛血清蛋白溶液模拟的天然大分子废水进行无光截流-光催化降解交替运行实验，来考察复合膜的光催化性能与膜分离性能。结果表明，纳米二氧化钛的添加使膜的亲水性能增强，其中纳米二氧化钛含量为3%时，其亲水性能最好，对牛血清蛋白的截留率为93%；采用交替方式进行实验时，发现这种方式能够显著恢复膜通量，避免催化剂的流失，增加了复合膜的使用寿命。

2 TiO2光催化剂在空气净化中的应用

林家洪[3]等人制备了纳米二氧化钛复合材料，并考察了其对室内空气净化的效果。结果表明，复合材料对空气中微生物大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色念珠菌等的灭杀作用可达95%以上，在自然光24h照射下对室内空气中的甲醛净化率可达95%，对室内总有机挥发物的净化率达90%。同时，当水性涂料中添加0.8%的纳米二氧化钛复合材料时，涂料对甲醛的净化率达60%。

饶俊元[4]等人制备了N掺杂纳米TiO2光催化剂，对催化剂进行表征表明，当催化剂平均粒径范围在15～25 nm之间时，对可见光的吸收性能较好。同时从催化剂焙烧温度、载体、光源功率等方面考察了N-TiO2催化剂对甲醛的催化效果，发现具有良好的光催化性能。

3 TiO2光催化剂在抗菌方面的应用

孙杰[5]利用光催化还原法制备了Ag/TiO2(ATA)纳米复合材料，探索了复合材料的的抗菌机理，发现在ATA作用下，大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的相对膜电位显著下降，同时总NO浓度呈现较明显的增加。且ATA具有较强的杀螨作用，当ATA浓度为30μg/cm2时，24 h的抗螨率可达到98%。

索新颖[6]制备了以TiO2和WO3为主体材料的异质复合纳米材料，并利用Au、Ag纳米颗粒和PdO对其进行改性，考察改性后复合材料对大肠杆菌K12的抗菌效果。结果表明，改性后复合材料的光催化性能显著增强，能够杀死大肠杆菌，经过初步探索，杀菌机理可能是因为存在·OH。

4 TiO2光催化剂在制氢方面的应用

谢怡婷[7]等人采用溶胶凝胶法合成介孔二氧化钛并考察了在紫外光照射条件下催化剂合成温度、用水量、模板剂用量以及催化剂焙烧温度对光催化产氢活性的影响。实验表明，当焙烧温度为350℃时，样品结构发生变化，从无定形结构转变为锐钛矿相；焙烧温度越高，锐钛矿相结晶度越高，当高于550℃后，则基本转变为金红石相。当T合成=30℃，nCTAB/nTiO2=0.2，nH2O/nTiO2=100，T焙烧=450℃所合成的m-TiO2催化剂，在紫外光条件照射下催化剂用量=0.4 g·L-1，CH3OH浓度体积比大于20%时，产氢活性达170 mmol·g-1·h-1。

王超[8]制备了TiO2纳米管催化剂并考察氧化电压、钛丝直径、电解液中含水量、氧化时间以及掺杂浓度不同的硝酸铁溶液对其光催化裂解水制氢的影响。结果表明：产氢能力最好的实验条件为钛丝直径=0.5mm、电解液质量比为氟化铵∶乙二醇∶水=0.32∶111.55∶8、氧化时间4h、氧化电压60V、水浴温度30℃。