活性炭负载二氧化钛形成的复合光电催化剂可以通过多种方法制得，不同的制备方法、不同的活性炭源、不同的钛负载量以及同种方法不同的制备过程等因素都会对最终形成的复合光电催化剂降解水中有机污染物的活性造成影响。我找了一篇题为《Study of the preparati on of Ti-FAC composite photocatalyst and its photocatalytic activity》的论文，文章以钛酸四丁酯、乙醇、煤质活性炭和椰壳活性炭等为原料制备活性炭负载二氧化钛复合光电催化剂，探讨了不同的活性炭来源、负载次数、锻烧温度等制备条件对复合型光电催化剂催化活性的影响。
1、负载次数的影响
以椰壳活性炭一次、二次、三次负载二氧化钛制备的复合光催化剂为例，在其他实验条件完全相同的情况下，考察负载二氧化钛次数不同的复合光催化剂对亚甲基蓝溶液的降解效果。
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从图中可以看到，无论是一次、二次还是三次负载后得到的复合光催化剂，其光催化降解效果都要比单纯的二氧化钛好，这是因为椰壳活性炭具有很强的吸附能力，能够有效提高二氧化钛周围亚甲基蓝的浓度，有利于光催化降解的进行。从图中我们还
能看到，随着负载次数的提高，复合光催化剂对水中亚甲基蓝的预吸附能力也越来越强，主要是由于随着负载次数的增多，煅烧次数也会增多，煅烧过程对载体活性炭而言有扩孔作用，所以随煅烧次数增多，复合光催化剂的吸附能力也增强，而复合光催化剂的降解效果也是越来越好的，这是因为，每进行一次负载，活性炭表面的二氧化钛颗粒就会相应的增加，参与到光催化降解过
程的活性点位就随之增加，光催化降解率自然会提高。
2、两种活性炭的影响
以制备的煤质活性炭一次负载二氧化钛和椰壳活性炭一次负载二氧化钛复合光催化剂为例，在其他实验条件完全相同的情况下，考察不同活性炭来源的复合光催化剂对亚甲基蓝溶液的降解效果。
110
100
90
B0
70
60
J 50
40
30
20
10
-10
从图中我们可以看到，椰壳活性炭负载二氧化钛复合型光催化剂对亚甲基蓝溶液的光催化降解率明显要高于煤质活性炭负载二氧化钛复合型光催化剂，这主要归功于椰壳活性炭较强的吸附能力。一方面，在制备复合光催化剂的过程中，较强的吸附能力使椰壳活性炭吸附了更多钛溶胶，对钛溶胶的吸附也比煤质活
性炭更加牢固，经过烘干、锻烧处理后，在椰壳活性炭表面
负载的二氧化钛颗粒自然要比煤质活性炭上负载的二氧化钛颗粒要多，光催化降解能力也会更强一些；另一方面，在光催化降解亚甲基蓝溶液的过程中，椰壳活性炭较高的吸附能力，使二氧化钛周围浓度相对较高，创造出了一个目标降解物浓度相对较高的环境，有利于充分利用二氧化钛的光催化降解能力，达到更好的降解效果。
3、煅烧温度的影响
t—A 仃I-AC2 —
A1Ti-AC1
-40 -20 0 20 40 60 B0 100 120 140
time/min
分别在4OO0C、5000C和6000C下锻烧，制备煤质活性炭一次
负载二氧化钛，可以得到三种复合型光催化剂，在其他实验条件
完全相同的情况下，考察经不同温度锻烧的复合光催化剂对亚甲基蓝溶液的脱除效果。
time/min
从图中可以看到，三种复合光催化剂的光催化效果都比单纯的二氧化钛要好，并且随着煅烧温度的升高，复合光催化剂的效
果越来越好，经6000C锻烧的复合光催化剂吸附能力更强，达90%,这说明煅烧过程对活性炭载体有扩孔的作用，温度越高扩孔效果越明显。还有一个原因是随着煅烧温度的升高，活性炭上负载的二氧化钛的晶型不断的完善，锐钛矿晶型越来越完整，这使得活性炭上负载的二氧化钛具有越来越高的光催化活性。
负载二氧化钛复合材料的制备及性能研究 摘要 由于光催化技术的效率高、节约能源、工艺简单、不产生二次污染等优点，因而在开发新能源和环境污染治理等方面具有广阔的应用前景。而二氧化钛光催化剂更是具有无毒、光催化性能强的优点。因此，在参考了大量文献的基础上，本文中主要研究二氧化钛光催化剂，其中涉及到二氧化钛光催化剂在国内外的研究进展、最高效先进的改性方法、国内外优秀的催化剂制备方法、全球对于二氧化钛催化剂的应用和二氧化钛光催化性能的对比研究。 1 TiO2光催化剂国内外研究进展 1.1 引言 能源与环境问题是人类社会可持续发展所面临的两大重要问题。以煤炭、石油等为主要能源的中国，面临着严重的环境污染问题。加上化石燃料有限储备量的快速减少的双重影响，利用和开发清洁性可再生能源，减少温室气体排放，改善人类赖以生存的环境，已经成为目前我国可持续发展的战略的重要组成部分。在2014 年“第九届中国循环经济发展论坛”上，孟伟院士指出我国环境容量承受力大约为740 万t / a，但是实际污染排放量达3000 万t / a，排污量超环境容量数倍［1］。污染物浓度高、毒性大且可生化性较差，对人类具有致畸、致癌和致突变等毒害作用。因此，研发新型的污染深度处理方法有非常重要的意义。 二氧化钛光催化氧化技术是一种新兴的水处理技术，与其他技术相比具有反应条件温和、能耗低、操作简便、能矿化绝大多数有机、无二次污染及可以用太阳光作为反应光源等突出优点［2-5］。1976 年Carey 等［6］首次将光催化的技术应用在降解污染物上，这揭示了光催化技术在环保领域的应用前景。目前，光催化技术是新型污水深度处理方法的一类高新技术，光催化综合性能较好的TiO2是使用最广泛的光催化剂。将清洁无污染、取之不尽的太阳光能与污染治理与保护相结合，利用二氧化钛光催化氧化反应来开展去除污染物的研究具有深远的战略意义。
负载型纳米二氧化钛光催化剂的研究进展 占长林，雷绍民 武汉理工大学资源与环境工程学院，湖北武汉（430070） E-mail: chl_zhan@https://www.doczj.com/doc/951985771.html, 摘要：TiO2光催化氧化技术是当前最有应用潜力的一种环保新技术，在废水处理、空气净化、抗菌除臭、自清洁等领域具有广阔的应用前景。负载型TiO2光催化剂的制备是实现光催化氧化技术工业化应用的关键技术之一。本文对负载型TiO2光催化剂的制备方法及负载所选用的载体类型进行了综述。 关键词：TiO2；光催化；制备；载体 1. 引言 半导体光催化氧化技术是近年来研究发展起来的一种新的污染治理技术。研究发现，利用半导体光催化法能够有效地降解甚至矿化水和空气中的各种有机污染物，例如卤代烃、硝基芳烃、酚类、有机颜料、杀虫剂、表面活性剂等；能够有效地将无机污染物转化成无毒的物质，例如可以去除废水中的有毒重金属离子，如C r6+、Ag+、Hg2+、Pb2+等[1]，也可以将氰化物[2]、亚硝酸盐、硫氰酸盐[3]等转化成无毒的形式；还可以应用于抗菌、除臭、空气净化、自洁净材料以及杀死癌细胞等[4, 5]。目前，已经研究开发的半导体光催化剂有TiO2、ZnO、WO3、CdS、ZnS、SnO2、Fe3O4等。其中，TiO2具有化学稳定性好、耐腐蚀、高活性、廉价、无毒等优点，因此被广泛地用作光催化剂。 目前，TiO2光催化剂在水处理的应用中，大多是采用悬浮体系。粉末状悬浮态的TiO2颗粒在液相中与污染物接触面积大，传质效果好，因此催化效率高。但是目前的商品TiO2颗粒细小而且比重较小，在流体中不仅分离困难，难以回收，而且易发生凝聚降低活性，极大地限制了其实际应用。将TiO2固定在某种载体上，可以克服悬浮相TiO2光催化剂的缺点，解决催化剂分离回收难的问题，而且可以根据光催化反应器结构的不同来选择不同载体和固定化工艺。 2. TiO2光催化剂的固定化工艺 TiO2的负载大体上包括两种方式：一种方式是将TiO2负载到光滑平整的载体上，形成均一连续的薄膜；另一种方式是将TiO2紧紧固定到某种载体上。实际上，这两种方式在制备方法上是大同小异，只是所选择的载体有所不同。一般而言制膜技术可用于固定化的负载，但固定化的负载技术不一定适合于制膜，光催化剂的制备方法主要有以下几种。 2.1 溶胶－凝胶法（Sol-gel） 溶胶－凝胶法是以钛的无机盐类（如TiC14、Ti(SO4)2等）或钛酸酯类（如钛酸丁酯、、钛酸四异丙酯等）为原料，将其溶于低碳醇中（如乙醇、异丙醇等），然后在室温下加入到强度酸性的水溶液中（如HNO3、HCl），强烈搅拌下水解制得TiO2溶胶。然后再根据不同的载体采用不同的工艺进行涂膜，如载体为片状，用浸渍提拉法、旋涂法、喷涂等方法将TiO2溶胶涂布其上，使其在100℃或自然状态下凝固，再在一定温度下（300～700℃）烧结一定时间即得到负载型TiO2光催化剂。 张新荣等[6]以四异丙醇钛、硅酸乙酯为原料，空心玻璃微球为载体，采用溶胶—凝胶法制备可漂浮附载型复合光催化剂TiO2·SiO2/beads，该负载型复合光催化剂活性显著增强,而
活性炭负载二氧化钛形成的复合光电催化剂可以通过多种方法制得，不同的制备方法、不同的活性炭源、不同的钛负载量以及同种方法不同的制备过程等因素都会对最终形成的复合光电催化剂降解水中有机污染物的活性造成影响。我找了一篇题为《Study of the preparation of Ti-FAC composite photocatalyst and its photocatalytic activity》的论文，文章以钛酸四丁酯、乙醇、煤质活性炭和椰壳活性炭等为原料制备活性炭负载二氧化钛复合光电催化剂，探讨了不同的活性炭来源、负载次数、锻烧温度等制备条件对复合型光电催化剂催化活性的影响。 1、负载次数的影响 以椰壳活性炭一次、二次、三次负载二氧化钛制备的复合光催化剂为例，在其他实验条件完全相同的情况下，考察负载二氧化钛次数不同的复合光催化剂对亚甲基蓝溶液的降解效果。 从图中可以看到，无论是一次、二次还是三次负载后得到的复合光催化剂，其光催化降解效果都要比单纯的二氧化钛好，这是因为椰壳活性炭具有很强的吸附能力，能够有效提高二氧化钛周围亚甲基蓝的浓度，有利于光催化降解的进行。从图中我们还
能看到，随着负载次数的提高，复合光催化剂对水中亚甲基蓝的预吸附能力也越来越强，主要是由于随着负载次数的增多，煅烧次数也会增多，煅烧过程对载体活性炭而言有扩孔作用，所以随煅烧次数增多，复合光催化剂的吸附能力也增强，而复合光催化剂的降解效果也是越来越好的，这是因为，每进行一次负载，活性炭表面的二氧化钛颗粒就会相应的增加，参与到光催化降解过程的活性点位就随之增加，光催化降解率自然会提高。 2、两种活性炭的影响 以制备的煤质活性炭一次负载二氧化钛和椰壳活性炭一次负载二氧化钛复合光催化剂为例，在其他实验条件完全相同的情况下，考察不同活性炭来源的复合光催化剂对亚甲基蓝溶液的降解效果。 从图中我们可以看到，椰壳活性炭负载二氧化钛复合型光催化剂对亚甲基蓝溶液的光催化降解率明显要高于煤质活性炭负载二氧化钛复合型光催化剂，这主要归功于椰壳活性炭较强的吸附能力。一方面，在制备复合光催化剂的过程中，较强的吸附能力使椰壳活性炭吸附了更多钛溶胶，对钛溶胶的吸附也比煤质活性炭更加牢固，经过烘干、锻烧处理后，在椰壳活性炭表面
活性炭负载纳米TiO2光催化材料 王立洋 （山东科技大学材料科学与工程学院山东青岛 266500） 摘要：活性炭材料负载纳米TiO2是目前最具发展前景的光催化材料之一，具有优越的吸附特性和光催化降解性能。本文介绍粉体烧结法、浸渍提拉法、化学气相沉积法等制备方法。活性炭负载纳米TiO2光催化剂在废水处理、空气净化、物质降解、杀菌消毒等方面有广阔的应用前景。 关键词：活性炭负载纳米TiO2光催化应用进展 纳米TiO2具有催化活性高、氧化能力强、稳定性好、连续光照保持活性以及价廉无毒等优势［1］，在实际应用中因工艺流程简单、操作条件容易控制等优点被公认是最具开发前途和应用潜力的环保型光催化材料，在有机废水的降解、重金属离子的还原、空气净化、杀菌、防雾等众多方面具有广阔的应用前景。当纳米TiO2用作光催化反应时，其存在方式主要有悬浮式和固定式，而悬浮体系粉末型TiO2光催化剂在目标污染物浓度较低时降解速度较慢［2］，且使用后回收困难，易失活、易凝聚难以分离，这些限制了它的应用和发展，因此以某种具有吸附性的物质为载体制备固定式的纳米TiO2光催化剂提高其催化效果已受到广泛关注。近年来人们对以活性炭材料为载体负载纳米TiO2制备光催化材料进行了大量研究，主要负载方法有粉体烧结法、浸渍提拉法、溶胶－凝胶法、化学气相沉积法等。由于活性炭材料吸附性能和纳米TiO2光催化性能结合发挥的协同作用，使负载型纳米TiO2在国内外广泛应用。 1.光催化反应机理 纳米二氧化钛具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应、库仑堵塞与量子隧穿效应等，目前还没有确切的二氧化钛光催化理论，但其良好的光化学性质都是基于上述特殊效应。其中，量子尺寸效应是指纳米材料尺寸小到某种程度时，金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级的现象和纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道能级现象。对于半导体纳米材料而言，被电子填充的能量最高的能带称为价带(VB)，未被电子填充的能量最低的能带称为导带(CB)，禁带则是导带底与价带顶之间的能带，而带隙则是导带底与价带顶之间的能量差。当入射光能量大于其带隙时，价带上的电子就会跃迁到导带，形成电子(e-)/空穴(h+)对。锐钛矿型纳米TiO2禁带宽度为3.2eV，当接受光能大于或等于其禁带宽度的光后，价带上的电子被激发跃迁到相应的导带，在价带上产生空穴，形成电子/空穴对，光生电子和空穴在空间电荷层的作用下发
二氧化钛光催化剂的研究进展1972 年，A.Fujishima 等首次发现在光电池中受辐射的TiO2，表面能持续发生水的氧化还原反应，这一发现揭开了光催化材料研究和应用的序幕。1976 年J.H.Carey 等报道了TiO2水浊液在近紫外光的照射下可使多氯联苯脱氯。S.N.Frank 等也于1977 年用TiO2粉末光催化降解了含CN-的溶液。由此，开始了TiO2光催化技术在环保领域的应用研究，继而引起了污水治理方面的技术革命。近十几年来，随着社会的发展和人们对环境保护的觉醒，纳米级半导体光催化材料的研究引起了国内外物理、化学、材料和环境等领域科学家的广泛关注，成为最活跃的研究领域之一。 TiO2 是一种重要的无机材料，其具有较高的折光系数和稳定的物理化学性能。以TiO2 做光催化剂的非均相光催化氧化有机物技术越来越受到人们的关注，被广泛地用来光解水、杀菌和制备太阳能敏化电池等。特别是在环境保护方面，TiO2 作为 光催化剂更是展现了广阔的应用前景。但TiO2 的禁带宽度是3.2eV，需要能量大于3.2eV 的紫外光（波长小于380nm）才能使其激发产生光生电子-空穴对，因此对可见光的响应低，导致太阳能利用率低（只利用约3~5%的紫外光部分）。同时光生电子和光生空穴的快速复合大大降低了TiO2 光催化的量子效率，直接影响到TiO2 光催化剂的催化活性。因此，提高光催化剂的量子效率和光催化活性成为光催化研究的核心内容。通过科学工
作者对二氧化钛的物质结构、制备方法、催化性能、催化机理等方面的深入系统的研究，这种快速高效、性能稳定、无毒无害的新型光催化材料在废水处理、有害气体净化、卫生保健、建筑物材料、纺织品、涂料、军事、太阳能贮存与转换以及光化学合成等领域得到了广泛应用。 1 TiO2光催化作用机理 “光催化”从字面意思看，似乎是指反应中光作为催化剂参加反应，然而事实并非如此。光子本身是一种反应物质，在反应过程中被消耗掉了，真正扮演催化剂角色的却是TiO2。因此，“光催化”反应的内涵是指在有光参与的条件下，发生在光催化剂及其表面吸附物（如H2O分子和被分解物等）之间的一种光化学反应和氧化还原过程。其具体的作用机理如下。 从结构上看，TiO2之所以在光照条件下能够进行氧化还原反应，是由于其电子结构为一个满的价带和一个空的导带。当光子能量（hν）达到或超过其带隙能时，电子就可从价带激发到导带，同时在价带产生相应的空穴，即生成电子（e-）、空穴（h+）对。通常情况下，激活态的导带电子和价带空穴会重新复合为中性体（N），产生能量，以光能（hν′）或热能的形式散失掉。 TiO2+hν→e-+h+ （1） e-+h+→N+energy（hν′ 《新型功能材料》期末考 核 题目：负载型纳米TiO2 姓名： 学号： 专业： 2013-2014年第二学期 1负载型纳米TiO2 的研究现状及进展 今天，利用二氧化钛半导体材料对有机污染物进行光催化降解正逐渐成为工业化技术，[1-15]在土壤、水质和大气的污染治理方面展现出十分光明的应用前景[15-16]。然而在TiO2半导体光催化剂的实际应用中，TiO2粉末和改性TiO2粉末存在量子效率低，太阳能的利用率较低，需要提供能源以发射紫外光，以及负载后其光催化活性降低和易团聚、催化剂分离回收困难等问题，因而制约其大规模的工业应用[17-20]。近年来，许多研究者围绕上述关键问题开展了系列研究。研究发现，通过合适的掺杂方式可提高催化剂的催化活性，如在TiO2半导体材料表面沉积贵金属，与其他金属氧化物、硫化物等半导体复合，或掺杂无机离子、光敏化剂等方法引入杂质或缺陷、来改善TiO2的光吸收，提高光降解量子效率及光催化效能[21-25]。 1.1负载型纳米TiO2 材料的概述 目前，TiO2 在光催化领域的实际应用中有两种形式，一种是直接使用TiO2 粉体的悬浮体系，另一种是将TiO2 光催化剂固定于载体上。由于悬浮液的透光性较差，光照效率低，工艺复杂成本过高，粉体TiO2 催化剂容易中毒，且分离回收困难，因此将TiO2光催化剂固化负载就成为TiO2 光催化技术的发展趋势[35-37]。 负载型的TiO2 光催化剂主要有两种：一种是将制得的高催化活性TiO2 粉末通过物理法直接固定在合适的多孔吸附剂上，其不涉及化学反应过程[38-39]；另一种是将TiO2的前驱体(如乙氧基钛、钛酸四丁酯等)通过一系列的物理化学变化如形成溶胶、沉淀、离子交换等形成TiO2 而沉积在多孔吸附剂载体上[40-41]。TiO2 的表面状态包括表面积、表面粗糙度等因素，它与催化剂的吸附作用和吸光效率有着密切的关系。其次，负载方法不同，得到的产物表面状态不同，催化剂的比表面积和表面酸碱性不同，催化剂载体与催化剂之间的化学键作用所引起的TiO2负载型纳米二氧化钛 功能材料
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