多孔矿物复合催化材料发展趋势.docx
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1、多孔矿物是具有微纳米孔或可热膨胀成孔的一类矿物的统称,包括硅藻土、沸石、热膨胀蛭石、热膨胀珍珠岩及柱撑黏土等。多孔矿物因其良好的热稳定性、化学稳定性、丰富的孔隙结构及高比表面积等特点可作为催化剂的优良载体,且具有原料来源广泛、成本低廉等优势。以多孔矿物作为催化剂载体,不仅可以提高催化剂的分散性与回收性,还可降低催化剂的制备与应用成本,同时可构建吸附-催化协同降解体系从而增强催化性能。此外,多孔矿物独特的孔道结构及其表面反应性可为催化剂与矿物多元复合结构的可控构筑提供反应位点。近年来,如何充分利用多孔矿物的理化特性,选择合适的催化剂与负载工艺,进而得到催化性能优异的复合催化材料,已成为复合催化材
2、料领域主要的研究方向。近年来,国内外学者以多孔矿物为载体,在其表面或孔隙中负载纳米半导体、金属、金属氧化物等活性组分,成功制备了绿色高效的多孔矿物复合光、热及过硫酸盐催化材料。本文系统总结了各类多孔矿物负载型复合催化材料的最新研究进展,并对存在的问题与技术发展趋势进行了分析与展望,可为新型多孔矿物负载型复合催化材料的深入研究与开发提供参考。1多孔矿物复合光催化材料纳米半导体光催化技术几乎可以矿化所有的有机污染物,是一种非常环保的环境污染物深度处理技术。TiOz因其光催化效率高、成本低、化学稳定性好、无毒等优点而被广泛使用。然而,纯TiCX在实际应用中存在量子产率低、易团聚、难回收及应用成本高等
3、缺点,难以大规模工业化应用,往往需要固定化负载与可见光修饰改性以提升其应用性能。研究表明,通过引入多孔矿物作为TiCX催化剂载体,不仅可以有效克服上述纯Tieh的应用缺陷,还可利用矿物良好的吸附特性将环境中的痕量污染物有效富集至催化剂表面,从而构建吸附-催化协同体系实现光催化性能的提升。此外,通过对负载的TiOz进行可见光修饰改性,可进一步提高复合光催化材料的光催化活性并拓宽纳米Ti(X光谱响应范围,从而实现复合光催化材*斗在可见光下对污染物的有效降解。目前将TiOz负载至多孔矿物表面的方法主要有溶胶-凝胶法、水解沉淀法以及水热法等。其中溶胶-凝胶法与水解沉淀法是目前国内外研究最多的TiCX负
4、载方法。溶胶-凝胶法一般采用钛酸酯类等有机钛作为钛源,先水解并缩聚形成TiO2粒子溶胶,后燃烧晶化溶胶与多孔矿物结合产物得到TiOJ多孔矿物复合光催化材料。该方法制备的TiOz可在载体上均匀负载且易形成多孔结构,但制备过程中所用钛源价格较高,导致其制备成本较高,且所用有机溶剂具有一定毒性,因此较难工业化。水解沉淀法以无机钛源TiC1和Ti(S0J的水解为主,通过离子交换或吸附将水解产物负载至多孔矿物上而制备复合材料。该方法成本较低,工艺简单,但产生的废液较多,且TiCX粒子大小不易控制,结晶度较低,需进一步高温处理提高其结晶度。作为催化剂载体,多孔矿物自身的孔结构、微观形貌及比表面积等因素均对
5、TiCX/多孔矿物复合光催化材料的光催化性能具有重要影响。表1为TiOJ多孔矿物复合光催化材料的研究进展。SUN等以不同硅藻纯度、不同硅藻完整性的硅藻土为载体,以TiC1,为前驱体,采用水解沉淀法制备了TioJ硅藻土复合光催化材料,试验结果表明,硅藻土载体中硅藻的纯度与完整性越高,复合光催化材料中锐钛矿型TiO2晶粒粒度越小,越有利于硅藻土与TiO2的均匀负载,进而增强复合光催化材料的光催化性能。白春华以白炭黑、硅藻土助滤剂以及蛋白土为载体制备了TiOJ多孔矿物复合光催化材料,并比较分析了多孔矿物载体对复合材料光催化性能的影响机制,结果表明,白炭黑由于表面氧原子含量最高,更易负载TiCX,且比
6、表面积大于另外两者,其表面的大量羟基为吸附的污染物提供了更多的光催化活性位点。此外,由于大多数纳米TiOJ多孔矿物光催化复合材料仅捕获和利用紫外光或有限的可见光,因此需进一步通过离子掺杂、异质结构建等方式提高其可见光利用率及光量子效率。DONG等以钛酸四丁酯为前驱体、六亚甲基四胺为C/N掺杂剂,用溶胶凝胶法制备了可见光响应的C/N/TQ/硅藻土复合材料,结果表明:C/N掺杂剂的引入能有效促进TiO2高活性锐钛矿(OOI)晶面的生长,且N掺杂至TiCX晶格的间隙中加速了电荷转移,抑制了光生电子-空穴对的复合;两种离子共掺杂的协同效应进一步提高了光催化效率。TAN等采用均匀沉淀法和腰烧结晶法制备了
7、BiOC1/TiO?/斜发沸石三元复合材料,并通过对比降解试验发现:相较于单一光催化剂(BiOC1和TiO2),BiOCI/TiOJ斜发沸石复合材料对罗丹明B的降解性能最优这归因于适宜的爆烧温度促进了BiOCI-TiCX异质结的形成,从而使复合材料具有更高的光响应范围以及更强的光生电子-空穴对分离效率。表1TiO/多孔矿物复合光催化材料的研究进展催化剂合成方法光源降解污染物污染物质址浓度反应时间min降解率/%文献(mg1.,TiOj硅藻土溶胶-凝胶法紫外光罗丹明B106099.619TiC?/硅藻土水播沉淀法紫外光罗丹明B103010015Tio2/硅翼土水解沉淀法紫外光Cr(VJ)1015
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- 关 键 词:
- 多孔 矿物 复合 催化 材料 发展趋势
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