关键词：二氧化钛；光催化剂；负载；光催化活性
引言
光催化氧化技术始于２０世纪７０年代。１９７２年，Ｆｕｊｉｓｈｉｍａ与Ｈｏｎｄａ［１］报导了在光电池中光辐射单晶ＴｉＯ２可以发生水的氧化还原反应并产生氢气。由此掀开了ＴｉＯ２光催化过程的历史篇章。近年来，随着光化学及技术的发展和进步，利用ＴｉＯ２多相光催化消除环境中的各种污染物的研究已引起人们的广泛关注。ＴｉＯ２以其廉价无毒、导带价带电位合适、光腐蚀性小、无二次污染等诸多优点，成为多相光催化领域的热点，并被认为是当前最具有开发前景的绿色环保型光催化剂。
１ＴｉＯ催化剂研究现状
迄今为止，关于光催化氧化机理方面的理论已经相当成熟，而围绕着ＴｉＯ２光催化剂的研究却方兴未艾。有关光催化剂ＴｉＯ２的研究主要集中在以下几个方面：光催化剂载体的研究、ＴｉＯ２固定化技术的研究、ＴｉＯ２的改性研究和纳米化ＴｉＯ２的研制。文章集中介绍其中的载体、改性以及纳米化的研制技术。
１．１ＴｉＯ２光催化剂载体的研究
光催化反应发展初期主要采用粉末态投加方式，该法由于存在着无法回收、后处理复杂、操作运行费用高等缺点而难以在实际中应用。针对这一问题国内外学者在ＴｉＯ２的固定化方面做了大量工作。其中，无论是将ＴｉＯ２做成膜负载在玻璃片、纤维片、铝片等材料上，还是将ＴｉＯ２负载在各种固体颗粒上，都需要寻求合适的载体。
１．１．１ＴｉＯ２载体的作用［３］
ＴｉＯ２光催化剂载体的作用主要体现在：
（１）固定ＴｉＯ２、防止流失、易于回收和提高ＴｉＯ２的利用率；
（２）增加ＴｉＯ２光催化剂整体的比表面积；
（３）提高光催化活性。因为某些载体可与ＴｉＯ２发生相互作用，有利于ｅ－ｈ＋的分离并增加对反应物的吸附，同时实现载体的再生；
（４）提高光源利用率。如将ＴｉＯ２制成薄膜后，化剂表面受到光照射的催化剂粒子数目增加；
（５）将催化剂用载体固定，便于制成各种形状的光催化反应器。
１．１．２载体的类型
光催化剂载体首先要求能改善所担载的物质的组织结构（如增加孔隙、表面积等），同时由于光催化剂是靠光和催化剂的结合来发挥催化作用的，只有被光激活的催化剂才具有光催化效果。因此，良好的光催化剂载体应具有以下特点：具有良好的透光性；在不影响ＴｉＯ２光催化活性的前提下，与ＴｉＯ２颗粒间具有较强的结合力；比表面积大；对被降解的污染物有较强吸附
性；易于固液分离；有利于固－液传质；化学惰性等。
目前，国内外研究较多的催化剂载体有：ＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３、玻璃纤维网（布）、空心陶瓷球、海砂、层状石墨、空心玻璃珠、石英玻璃管（片）、普通（导电）玻璃片、有机玻璃、光导纤维、天然粘土、泡沫塑料、树脂、木屑、膨胀珍珠岩、活性炭等。
（１）天然矿物类：天然矿物类物质本身具有一定的吸附性和催化活性，且耐高温，耐酸碱，常被用作催化剂的载体。目前已被用作ＴｉＯ２载体的有硅藻土、高岭土、天然浮石和膨胀珍珠岩等。刘勋等研究了几种不同天然矿物（硅藻土、蛭石、高岭土、膨润土、硅灰石和海泡石）与纳米ＴｉＯ２的复合。结果表明，在６种天然矿物所制得的复合材料中，以海泡石光催化降解效率最高，作用６ｈ后，对甲基橙光降解率达到９８％。其次是硅藻土和硅灰石，分别达到８７％和８５％。且光催化降解效率与天然矿物吸附能力呈一一对应关系。陈爱平等以轻质绝热保温建筑材料膨胀珍珠岩作载体，制得了能长时间漂浮于水面的纳米ＴｉＯ２负载型光催化剂，用于水面浮油的太阳光光催化降解。周波等采用天然浮石为载体负载ＴｉＯ２作光催化剂，利用高压汞灯为光源对有机磷农药的光催化降解进行了研究。结果表明，浓度为１．２×１０－４ｍｏｌ·Ｌ－１的农药光照２ｈ左右可完全被光催化氧化为ＰＯ４。
（２）吸附剂类：这类载体为多孔性物质，比表面积较大，是使用最为广泛的一类载体。用作负载ＴｉＯ２的吸附剂类载体主要有活性炭、硅胶、多孔分子筛等。吸附剂类载体可以获得较大的负载量，可以将有机物吸附到ＴｉＯ２粒子周围，增加界面浓度，从而加快反应速度。崔鹏等将活性炭负载到ＴｉＯ２膜作为光催化剂对甲基橙水溶液进行了光催化降解试验。结果表明，与商品化的ＴｉＯ２微粉光催化剂的降解性能相比，其降解速率较高，由于ＴｉＯ２／Ｃ光催化剂中活性炭良好的吸附性能，使得光催化反应体系内产生了吸
附－反应－分离的一体化行为，提高了光催化速率。国外的Ｖ．Ｍ．Ｇｕｎｋ等研究表明，在不同负载量下，ＴｉＯ２在硅胶表面均没有形成连续涂层；ＴｉＯ２和ＳｉＯ２之间的作用力包括氢键、静电力和少量的Ｓｉ－Ｏ－Ｔｉ键，ＳｉＯ２抑制了ＴｉＯ２从锐钛型向金红石型的相变。国内的郑光涛等采用溶胶－凝胶法将改性后的高效ＴｉＯ２光催化剂负载于球形硅胶上，得到了具有混晶结构、大比表面积、高活性的纳米ＴｉＯ２光催化剂。负载后的催化剂在紫外区具有强的吸收，比表面积达到３７９．８ｍ·ｇ－１。郑珊等合成了ＴｉＯ２呈单层分散或双层分散状２态的多孔分子筛ＭＣＭ－４１。结果表明，负载后，ＭＣＭ－４１孔道表面的ＳｉＯ２以化学键相连生成Ｓｉ－Ｏ－Ｔｉ键。
（３）玻璃类：玻璃价廉易得，具有良好的透光性，便于设计成各种形状，引起了研究者的重视。用于ＴｉＯ２光催化剂的载体有玻璃片、玻璃纤维网（布）、空心玻璃珠、玻璃螺旋管、玻璃筒、石英玻璃管（片）、普通（导电）玻璃片、有机玻璃等。张新英等以空心玻璃微球为载体，用溶胶－凝胶法制备负载型复合光催化剂，所得催化剂可以漂浮在水面上，便于回收和重新
利用。
（４）陶瓷类：陶瓷也是一种多孔性物质，对ＴｉＯ２颗粒具有良好的附着性，耐酸碱性和耐高温性较好，也可用作催化剂载体。若在日常使用的陶瓷上负载ＴｉＯ２，可以制成具有良好自洁功能的陶瓷，起到净化环境的作用。贺飞等采用溶胶－凝胶法，在自制的陶瓷釉体表面制得粒径大小为４０ｎｍ～１００ｎｍ的ＴｉＯ２晶粒。它紧密结合，形成透明均一无“彩虹效应”的ＴｉＯ２光催化薄膜型自洁功能陶瓷，具有超级亲水性和去污功能。
（５）有机类：由于ＴｉＯ２在阳光下能光催化氧化降解有机物，所以一般不用有机材料做载体。而某些高分子聚合物，如饱和的碳链聚合物或氟聚合物，有较强的抗氧化能力，所以也可以用于负载型ＴｉＯ２的研究。但由于·ＯＨ，·Ｏ２－的强氧化性，这些高分子聚合物载体只能在短期内使用。目前，用于负载ＴｉＯ２的高分子聚合物载体有：聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯、聚丙烯、ＡＢＳ，Ｎａｆｉｏｎ薄膜等。刘平等研究认为，ＴｉＯ２粒子的形
成与长大均限制在Ｎａｆｉｏｎ的微小孔笼中，粒子形成过程所需的物质传递也仅能通过小通道进行；在该实验的合成条件下，ＴｉＯ２晶体大小仅取决于Ｎａｆｉｏｎ孔笼直径。
此外，在载体选择时，必须对效率、催化活性、催化剂负载的牢固性、使用寿命、价格等作综合考虑。