硅藻土和貝殼粉負載納米光催化材料的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀

陳 欣 王立艷 畢 菲

吉林建筑大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院（130118）

光催化納米材料在有機污染物處理和空氣凈化領(lǐng)域被廣泛關(guān)注，然而，納米材料在使用中存在分散性差、易團聚且回收困難等不足，將納米材料固定于多孔礦物載體上有望解決上述技術(shù)難題。常見的無機多孔礦物有硅藻土、貝殼粉、沸石、活性炭、膨潤土、白炭黑、蛋白土、膨脹蛭石、高嶺石、海泡石等，這些多孔礦物具有較大的比表面積，易于分散且可高效吸附有機污染物。多孔礦物負載納米光催化材料可以使納米材料高度分散在載體表面，充分發(fā)揮其光催化活性，是目前光催化領(lǐng)域一個重要的研究方向。目前研究最多的多孔礦物為硅藻土和貝殼粉。

文章綜述了硅藻土或貝殼粉負載納米光催化材料的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀，并對多孔礦物負載納米光催化材料在空氣凈化及內(nèi)墻涂料領(lǐng)域的應(yīng)用前景進行了展望。

1 硅藻土負載納米光催化材料的研究現(xiàn)狀

硅藻土表面和內(nèi)部含有大量微孔結(jié)構(gòu)，比表面積大、吸附能力強。硅藻土負載納米光催化材料可用于有機污染物處理和制備室內(nèi)空氣凈化涂料。硅藻土負載納米光催化材料同時利用了硅藻土的吸附作用和納米材料的高效光催化作用。目前，對于硅藻土負載納米光催化材料的研究動態(tài)已有較多報道。

夏悅[1]等首先以鈦酸四丁酯和磷酸為原料，采用溶膠凝膠法制備出P-TiO2溶膠，陳化后的PTiO2溶膠與硅藻土混合焙燒獲得硅藻土負載PTiO2。光催化研究表明，硅藻土負載P-TiO2對甲基橙和亞甲基藍的最佳降解率分別為79%和92%，明顯優(yōu)于無硅藻土負載的P-TiO2納米材料。陳建設(shè)[2]等以硫酸鈦、六水合硝酸鈰、檸檬酸為原料，采用低溫燃燒法合成出一種硅藻土負載Ce-TiO2光催化材料，在紫外光下，對RhB 溶液降解率達到93%。繆茜[3]等將硫酸氧鈦硅藻土、氨水溶液混合，通過滴加濃硫酸調(diào)節(jié)溶液的pH 值，使TiOSO4發(fā)生水解反應(yīng)，生成的TiO2均勻負載于硅藻土表面，通過反應(yīng)條件控制使所得硅藻土負載納米TiO2中納米TiO2的覆蓋率達到了67%。王麗娟[4]等首先通過超聲活化、水熱反應(yīng)和焙燒處理制備出活化硅藻土；再以鈦酸四丁酯和硝酸鑭為原料，采用溶膠凝膠法制備出La3+/TiO2-硅藻土光催化劑；紫外光照180 min時，催化劑對亞甲基藍的降解率接近100%。焦玉榮[5]等以鈦酸丁酯為原料，在硅藻土存在下，采用溶膠凝膠法將納米TiO2負載于硅藻土表面； 太陽光照射600 min，光催化劑對氨氮廢水的降解率可達78.5%。梁歡[6]等將硝酸鐵溶液、氫氧化鈉溶液、去離子水和硅藻土混合，經(jīng)水解沉淀和高溫焙燒制得硅藻土負載納米Fe2O3光催化材料；硅藻土負載納米Fe2O3催化劑在加入H2O2后，光照120 min 時，對羅丹明B的降解率可達到98%。毛正楠[7]等將硅藻土與鈦酸四丁酯溶液混合，通過滴加濃氨水控制pH 值使鈦酸四丁酯在硅藻土表面水解，得到硅藻土負載納米TiO2光催化材料；紫外光照射120 min，復(fù)合光催化材料對甲基橙溶液的降解率達到95%。張雪濤[8]等將硅藻土浸漬在高錳酸鉀溶液中，以檸檬酸為絡(luò)合劑，滴加氨水調(diào)pH 值，經(jīng)超聲振蕩及焙燒等工序獲得硅藻土負載二氧化錳光催化材料； 甲醛吸附性能測試表明，當吸附時間達到60 h 時，光催化材料對甲醛的吸附降解率為94%。

2 貝殼粉負載納米光催化材料的研究現(xiàn)狀

貝殼粉來源于海洋廢棄資源貝殼，其主要成分是碳酸鈣，表面含有大量孔隙結(jié)構(gòu)，吸附能力強。以貝殼粉為載體的納米光催化材料研究已有報道。

王玨[9]將鈦酸四丁酯和硝酸鑭溶于異丙醇中，加入貝殼粉，通過溶膠凝膠法制備了貝殼粉負載La-TiO2復(fù)合光催化材料； 復(fù)合光催化材料在紫外光照3 h 后，對氧化樂果溶液的降解率為53%。李秀芹[10]先以鈦酸四丁酯和九水合硝酸鐵為原料，通過溶膠凝膠法制備了Fe 摻雜TiO2溶膠，再加入貝殼粉，通過浸漬法制備了貝殼粉負載納米Fe3+-TiO2光催化劑。佟珊玲[11]等在冰浴條件下，向甲醇水溶液中緩慢滴加四氯化鈦溶液，冷卻至室溫后，加入貝殼粉，調(diào)節(jié)pH 值進行水解，產(chǎn)物經(jīng)過濾、洗滌及煅燒后形成貝殼粉負載TiO2光催化劑；在自然光照12 h 后，催化劑對玫紅酸的降解率為97%。鄒曉蘭[12]先將氯化鈉溶液和十二烷基苯磺酸鈉混合，再依次加入氯化銅粉體和貝殼粉，攪拌使氯化銅水解，最后經(jīng)抽濾、超聲、洗滌、干燥、煅燒等工藝制備出納米Cu2O/珍珠貝殼粉復(fù)合光催化材料；所得光催化劑對活性大紅染料B-3G 同時具有很高的吸附率和優(yōu)異的光催化活性。李紅[13]等利用水解沉淀法，將納米Cu2O 固定到廢棄的牡蠣貝殼粉上，制備了牡蠣貝殼/納米Cu2O 復(fù)合材料；用可見光和紫外光分別照射60 min 時，牡蠣貝殼/納米Cu2O 復(fù)合材料對大腸桿菌的殺菌率可達到99.6%。張鑫[14]等將五水合銷酸鉍、碘化鉀、乙二醇和貝殼粉混合后轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜，在180 ℃反應(yīng)24 h 得到貝殼粉/BiOI 復(fù)合光催化劑；模擬可見光照射60 min 時，復(fù)合光催化劑對羅丹明B 溶液的降解率可達80.35%。陳嘉琳[15]等將五水合四氯化錫、硫脲、檸檬酸鈉、去離子水混合均勻后，通過水熱法制備了貝殼粉/SnS2納米復(fù)合材料；可見光輻射120 min 時，催化劑對RhB 溶液的降解率可達到83%。張永明[16]等以硼酸、鈦酸四丁酯和貝殼粉為原料，采用水熱法制備了B-TiO2/貝殼納米復(fù)合材料，對甲基橙溶液表現(xiàn)出很高的光催化降解特性。

3 硅藻土和貝殼粉負載納米光催化材料在涂料中的應(yīng)用前景

硅藻土和貝殼粉是制備綠色環(huán)保凈化功能內(nèi)墻涂料的主要填料，然而，要達到高效的有機污染物凈化性能，只靠貝殼粉的吸附性是不夠的，還需要在涂料中添加具有降解能力的光催化納米材料。硅藻土或貝殼粉負載納米光催化材料可有效解決納米材料的分散問題，在內(nèi)墻涂料中的應(yīng)用前景廣闊。目前，硅藻土或貝殼粉負載納米光催化材料的研究方向主要集中在有機污染物處理方面，而凈化涂料研究方面的報道較少。其原因是以有機污染物溶液為目標降解物的研究過程比較方便，而以室內(nèi)空氣中甲醛為凈化目標的研究較為復(fù)雜。隨著光催化納米材料制備技術(shù)的不斷成熟，硅藻土和貝殼粉等無機多孔礦物負載納米光催化材料將廣泛應(yīng)用于凈化功能涂料領(lǐng)域。