中國粉體網(wǎng)訊 二氧化鈦（TiO₂），工業(yè)上俗稱，鈦白粉，也是一種典型的半導體光催化劑。碳酸鈣（CaCO₃）常見的無機非金屬粉體，用途廣泛的填充劑。將碳酸鈣顆粒作為載體負載納米TiO₂制備復合光催化劑（CAT-CC），可通過降低TiO₂粒徑和提高顆粒分散性而提升功能作用，并實現(xiàn)納米TiO₂應用回收和循環(huán)利用，同時提高碳酸鈣的利用價值。

1納米TiO₂光催化技術

光催化技術是治理水污染和環(huán)境修復的理想途徑之一，而優(yōu)化光催化劑使用條件，充分發(fā)揮催化劑的功能作用，實現(xiàn)催化劑減量、降低催化劑成本等相關研究，對促進經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境保護具有重要意義。

納米TiO₂具有無毒、無污染、性質(zhì)穩(wěn)定等特點，是目前研究和應用最廣泛的半導體光催化材料。有研究表明，納米TiO₂可以在紫外線的照射下迅速降解自然環(huán)境中3000多種難降解的有機化合物，對水體污染治理和復雜生態(tài)系統(tǒng)修復有重要作用。

但納米TiO₂也存在應用瓶頸，有幾個重要的缺陷需要彌補。例如，納米TiO₂表面能高，極易團聚，導致比表面積降低和活性位點減少，從而使光催化活性不能有效發(fā)揮；納米TiO₂電子-空穴對壽命短，循環(huán)利用率低；納米TiO₂在水體中使用時流失嚴重，回收困難。

為了突破納米TiO₂在光催化領域的應用難題，人們在負載型TiO₂光催化材料方面進行了大量的研究。

TiO₂光催化原理

2納米TiO₂光催化劑載體分類

載體光催化劑載體可分為無機和有機兩種類型，其中無機載體最為常見，包括玻璃類、金屬類和吸附劑類載體。玻璃類載體化學穩(wěn)定性強，透光性好，且可以根據(jù)需要加工成各種形狀的反應器。吸附劑類載體常見的有碳材料、非金屬礦物材料以及陶瓷、硅膠等。

吸附劑類載體可通過吸附作用對廢水中的污染物進行富集，提高催化劑的光催化活性。金屬類載體具有耐高溫、耐腐蝕的特點，常見的金屬載體有多孔鈦、鈦網(wǎng)、不銹鋼等。由于有機物能被TiO₂光催化降解，所以有機載體的應用受到了限制。

3納米CaCO₃-TiO₂光催化劑復合材料

納米碳酸鈣，制備技術相對成熟，產(chǎn)品具有純度高、白度高、比表面積大等特點，在磁性及催化性方面具備巨大優(yōu)勢。從CAT-CC復合光催化材料內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)分析，納米CaCO₃做納米TiO₂的載體是很成功的。

TiO₂能在CaCO₃表面均勻負載，使自身分散性提高，增加活性位點和光吸收面積；TiO₂與CaCO₃在界面處形成化學鍵合，使TiO₂的光生電子形成新的傳輸通道，進而提高光生電子和空穴的分離效率；在CAT-CC中，納米TiO₂和CaCO₃因發(fā)生表面化學鍵合而牢固結(jié)合，阻止了TiO₂降解水中污染物時的流失，并易于從水中通過沉降進行回收和循環(huán)利用，從而降低TiO₂用量和使用成本。

CAT-CC微觀結(jié)構(gòu)

案例一：濕法研磨碳酸鈣負載性能占優(yōu)

徐卓群等對碳酸鈣-TiO₂復合光催化劑的結(jié)構(gòu)與機理進行了研究。以碳酸鈣為載體，TiO₂增大了比表面積，解決了容易團聚的問題，提高了光催化效率，減少了TiO₂的用量，提高了應用回收和循環(huán)利用性能。

值得一提的是，與干法研磨相比通過濕法研磨制備的碳酸鈣-TiO₂光催化復合材料，在液相條件下TiO₂負載更加均勻，進一步增大比表面積，活性位點增加；通過打散干燥等處理，TiO₂與碳酸鈣之間結(jié)合的更加緊密，又進一步提高催化效率。

案例二：提高催化劑回收率和循環(huán)性

為提高納米TiO₂光催化降解污染物效率，減少使用量并實現(xiàn)回收與循環(huán)利用，拓展碳酸鈣的應用領域，孫思佳等采用納米TiO₂濕法研磨過程解聚、分散及在CaCO₃表面負載方式制備了CaCO₃-TiO₂復合光催化劑，對CAT-CC性能、結(jié)構(gòu)和機理進行研究。結(jié)果表明，TiO₂顆粒分散良好，并與CaCO₃在界面形成了化學鍵合。

可回收性對比

加入CAT-CC的懸浮液僅離心處理1min，其回收系數(shù)（E）值達到93%，說明短時間離心即可實現(xiàn)CAT-CC從水體中分離，驗證CAT-CC具有良好的可回收特性。相比之下，加入納米TiO₂的懸浮液在離心1minh后回收系數(shù)（E）值為60%，隨離心時間延長，E值提高，但幅度不大，其分離效率低。

循環(huán)使用性能對比

催化劑的循環(huán)使用性能可反映其穩(wěn)定性，影響實際應用成本。孫思佳考察了CAT-CC的循環(huán)使用性能，實驗中在第1次使用時，甲基橙（10mg/L）溶液光照30min，CAT-CC對其降解率接近100%，第5次使用的光照30min時，CAT-CC對甲基橙的降解率仍能達到90%。上述結(jié)果表明，CAT-CC具有優(yōu)異的循環(huán)使用性能，可節(jié)約成本。

4結(jié)語

目前納米TiO₂光催化技術相關研究眾多，對新載體的實驗，備技術的優(yōu)化，以及不同改性劑組合嘗試等等。其中，大多數(shù)研究都處在實驗階段，加快研究進度是第一要務。另外，對環(huán)境友好型催化劑的研究依舊較少，大量使用改性劑后催化劑難以回收，這也是亟待解決的重要問題。

參考來源：

孫思佳，等：CaCO₃負載納米TiO₂復合光催化劑制備及性能研究，中國地質(zhì)大學

劉穎，等：TiO₂光催化劑的制備及應用研究進展，東北石油大學

魏晨光，等：負載型TiO₂光催化劑在廢水處理中的應用，沈陽建筑大學

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/昧光）

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