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二氧化钛光催化剂研究进展 工业催化 张春明 摘要：催化是工业生产中追求高效率、高纯度、低耗能的有效手段。纳米TIO2以光催化凭着可以利用可见光进行催化反应而受到催化领域的亲昧，就纳米TIO2光催化剂目前的研究状况展开论述，并列举了TIO2光催化剂应用领域和目前的制备方法。讨论了光催化剂的发展前景，揭示了目前光催化技术对当代化工事业的影响，并对未来的发展发表了预期的倡想。 关键词：二氧化钛 光催化剂 纳米材料 研究进展 前言 通俗意义上讲触媒就是催化剂的意思，光触媒顾名思义就是光催化剂。催化剂是加速化学反应的化学物质，其本身并不参与反应。光催化剂就是在光子的激发下能够起到催化作用的化学物质的统称。 光催化技术是在20世纪70年代诞生的基础纳米技术，在中国大陆我们会用光触媒这个通俗词来称呼光催化剂。典型的天然光催化剂就是我们常见的叶绿素，在植物的光合作用中促进空气中的二氧化碳和水合成为氧气和碳水化合物。总的来说纳米光触媒技术是一种纳米仿生技术，用于环境净化，自清洁材料，先进新能源，癌症医疗，高效率抗菌等多个前沿领域。一种气相法纳米二氧化钛的制备工艺，该工艺将四氯化钛经过汽化后与反应气体混合，充分混合的四氯化钛和反应气体通过燃烧喷嘴输入反应室，在反应室中利用反应气体燃烧生成的高温和水分进行高温水解缩合反应。燃烧喷嘴采用双层通道结构，外层为燃烧气体通道，内层为四氯化钛和反应气体通道，这种设计结构可以防止燃烧喷嘴的火焰回流以及为反应提供充分的热量，同时防止粒子在反应室内壁的沉积。反应生成的二氧化钛粒子经过聚集、分离、脱酸和浮选等工序最后获得纳米二氧化钛粉体。CI光自然光源方向发展。因此，随着纳米材料体系和各种超结构体系研究的开展和深入，纳米Ti02超细粒子的制备技术将会得到日益改进。 Ti02光催化剂反应器的研究 4.1 光源的选择 4.1.1纯下几的催化光源 由下飞光催化机理可知，光催化的进行首先需要能量等于或大于半导体禁带宽度的光线照射，这样才能激发价带上的电子跃迁至导带，在价带上产生相应的空穴。用作光催化的主要有2种晶型:锐钦矿型和金红石型，其中锐钦矿型的催化活性较高。锐钦矿型的带隙为3.Zev，光催化所需人射光最大波长为387.srun，所以用纯纳米下伍为光催化剂，需要外加紫外光源照射。一般使用的光源是紫外灯，包括黑光灯(主波长为365nln)，普通低压汞灯(主波长为254nlu)，杀菌灯(主波长为254run，属于低压汞灯的1种)等。杨庆等人用纯下仇降解甲醛时，对比了杀菌灯与黑光灯的降解情况，发现主波长为254lun的杀菌灯降解率明显高于主波长是365zun 的黑光灯，约提高了19.0%。因为紫外光波长越短，其产生的光子能量越高，则激发催化剂的光量子效率也越高，从而有利于光生电子一空穴对产率的提高，推动了光催化降解反应。由此可知，在进行纯叭q降解时，选择波长较短的紫外灯源如杀菌灯，节q催化活性会更佳。. 4.1.2 改性下仇的催化光源 为了充分利用太阳能，改变传统紫外照射催化的状况，各国学者通过对纳米下q改性，扩大吸收波长范围，使催化反应在可见光下就能有效进行。因此，使用的光源开始有所改变，如高压汞灯(主波长为619nln左右)，氮灯(主波长为姗 nln左右)等。目鹏飞圈等人使用掺铁下仇进行光催化降解时，在氮灯照射下，掺杂对催化剂降解率的提高作用比汞灯更明显，这是因为氮灯滤去了大部分紫外光，主要波长是大于闷田nm 的可见光，渗铁之后催化剂的光响应范围拓展到可见光区，所以掺Fe的下几催化剂在可见光区有较高的催化活性。李晓红〔l’]等人作下q/51飞纳米粒子气相光催化降解甲苯的研究实验时，选用的是高压汞灯作催化光源。可见，当涉及改性下仇的催化降解研究时，应选用氨灯等主波长位于可见光区的光源。而各种掺杂物质有其特定的最佳光响应区间，故应选择主波长相对应的光源为宜。 4.2 反应装置的设计 研制高效的光催化反应器，充分利用光催化剂的催化活性，提高光催化降解效率，对于下场催化降解气相污染物的研究具有重要意义。在光催化反应器的设计中[ls]，必须解决的问题是气固的良好接触(传质)与降低气阻间的矛盾，并尽可能提高光能利用率。设计光催化反应器，首先要确定反应器内部的光化学反应、传质、传热等过程。光化学反应器模型与传统反应器模型间的差别在于需进行辐射能量衡算以确定反应器内辐射能量分布，影响反应器内辐射能量分布的主要因素包括:①反应器几何形状;②反应器光学厚度;③光源与反应器间的相互位置;④辐射波长;⑤反应体系中多相存在的影响;⑥反应器的混合特征。众多专家学者在实验室模拟反应器的研究中，设计的反应装置在光催化降解实验中取得令人满意的效果，为光催化反应器的深人化研究有重大指导作用。 4.2.1普通箱式间歇式光催化反应系统