介孔材料负载光催化剂在净化中的应用
随着经济的高速发展,印染、制革、医药、电影、电镀等企业生产规模迅速扩大,废水排放量增加,给人类的生存环境造成污染,对人类健康构成严重威胁,废水处理已成为企业面临的重大问题,清除污染物已成为环保领域中的一项重要工作。
目前,对污染物的净化方法主要有光催化降解法、吸附法、离子交换法、电解法和化学沉淀法等。光催化处理是一种处理污染物的有效方法,具有较大的潜在工业化应用价值。 光催化降解方法简单、费用低,其直接利用太阳光和能够产生紫外光的荧光灯作为激发光源,清洁环保,能够将大部分无机(如氰化物、重金属离子、 NO 、 NO 2 、 H 2 S 等)及有机污染物(如染料、表面活性剂、有机卤化物、油类、农药等) 〔 21-23 〕 进行有效的光催化反应,脱色、去毒、 矿化降解为 CO 2 、 H 2 O 、 PO 4 3- 、 SO 4 2- 等无机小分子物质,达到完全无机化,而且可使重金属离子还原沉积,达到变废为宝的目的。 有些光催化剂在激发条件下,反应前后光能转化性质没有变化,可以循环使用。 介孔材料负载光催化剂是将光催化剂与介孔材料的优点结合,使污染物的降解速率加快,光催化效率提高。
介孔材料是光催化剂比较理想的载体, 在其制备过程中,由于模板剂及合成方法不同,制备的孔径尺寸及结构也均不相同,使得载体表面的性质也不相同,光催化活性也有差别。 王峰等采用模版剂导向自组装法,以三乙醇胺为模板剂,分别采用萃取法和煅烧脱除模板制备出蚯蚓状孔道结构的二氧化钛介孔材料;萃取法制得的介孔材料保留了较好的蚯蚓状特殊孔道结构和高比表面积,具有良好的光催化活性,使 TiO 2 的光吸性能向可见光大为拓展;而煅烧法脱除模板制备的介孔材料孔道结构被破坏,比表面积大大下降,比萃取法制备的介孔材料光催化效果差。
介孔材料负载光催化剂是环境友好的无机材料,其应用是具有广阔前景的新型净化技术,它还具有无毒、操作简便、低能耗、能够循环使用,不会产生二次污染等优点。 特别是对一些难降解的有机污染物去除效果明显尤于其他方法,光催化降解后的产物为对环境无污染的小分子无机物或者可以回收利用的重金属。 介孔材料本身具有较好的物理化学性能和结构特点,具备载体、催化剂、吸附剂等多重作用,而且可以对负载的光催化剂进行修饰。 然而介孔材料负载光催化剂的技术主要停留在实验室研究阶段,制备技术与大规模工业化生产还存在一定的差距。 限制原因如下:
( 1 )介孔材料负载光催化剂的光催化活性受多种因素影响,需要将各因素进行优化,才能发挥其高的光催化活性。
( 2 )需要对介孔材料负载光催化剂进行修饰,使之光响应波长红移至可见光区,能够直接利用太阳光辐射。
( 3 )介孔材料负载光催化剂的反应机理和反应动力学需要进一步的研究。对于介孔材料负载光催化剂技术存在的以上问题仍需进一步研究,可以预见,随着对介孔材料负载光催化剂技术研究的不断完善, 各种限制因素将逐步解决,该技术将应用于生产生活中,改善人类的生存环境。