光催化剂载体的分类及其应用发展

光催化剂载体的分类及其应用发展

摘要：近年来，为解决废水的降解，已经发展了很多治理技术，常见的有化学法，物理法等。光催化技术由于其热稳定性好，物美价廉，得到广泛应用，但是

光催化技术中催化剂粉末难分离，易失活限制其使用范围，故采用载体提高光催

化活性性能和回收率。

关键词：光催化，载体，回收率，发展；

1.前言

随着工业的大力发展，能源匮乏、环境污染日益加重，能源与环境问题是当代面临的两

大主题。在解决两大问题过程中，光催化崭露头角，作为一种极具魅力的技术被广泛研究。

光催化是一种具有反应条件温和、净化效果较好的工艺手段[1]。而一些纳米光催化剂，例如TiO2，粒径小，光生电子-空穴对复合率高，比表面积小，易于悬浮，凝聚，活性不稳定，循

环利用困难，并且分离回收之后的光催化剂也会有所损失，活性也有所降低。在保证光催化

性能的前提下，采用催化剂负载提高催化剂催化性能并且提高回收利用率[2-4]。为了有效解

决以上问题，本文就典型的光催化剂载体进行分类综述，分析其特点性能，并且指出其未来

应用发展方向。

2.光催化剂负载的分类及性能

光催化剂载体按大的分类，可分为无机载体和有机载体。

2.1硅基类载体

硅基载体包括SiO2，硅酸盐化合物以及衍生出来的硅酸盐产品等，种类繁多，易于获取、性质稳定，是良好的光催化剂载体。

2.1.1玻璃

常用的硅酸盐玻璃类载体有玻璃纤维，平板玻璃，微型玻璃珠等。Hui等[5]在多孔微型

玻璃珠上重复涂覆g-C3N4，550℃下煅烧，达到12wt%催化剂负载量。在可见光的照射下，

将所制备的黄色珠粒用以甲基橙的光催化降解，结果表明虽然负载后，g-C3N4光催化活性有

所下降，但成功的提高了催化剂回收率和稳定性，应用发展空间比较大。Wu等[6]以玻璃片

为载体，制备负载型氮掺杂二氧化钛，在可见光的照射下光催化降解亚甲基蓝，经过6h，降

解率达到62.58%，光催化剂复合载体表现出良好的光催化降解性能。

玻璃类材料物美价廉，模量高且部分具有良好的透光性，但玻璃是亚稳产物，热稳定性差，易折断。

2.1.2 硅胶

负载硅胶后的光催化剂比表面积大，吸附性能优异。除此之外，硅胶的存在提高了样品

的亲水性，Chen等[7]制备的硅胶负载型TiO2，对甲基橙的降解率比P25和TiO2提高了2和12倍。

2.2陶瓷基载体

郑等[8]采用光催化膜耦合技术制备了负载TiO2的Al2O3陶瓷膜，在365nm紫外灯下，

降解亚甲基蓝，当投入量为250mg/L时，降解率达到63.4%。胡等[9]的结果表明陶瓷负载了TiO2之后，在300W汞灯照射下，中性环境降解苯酚，降解率较高。Zhong等[10]采取浸渍和反应法将钯催化剂负载到多孔陶瓷上，以次甲基蓝为模拟废水，将钯基催化剂用于催化分解

次氯酸钠，在温度为40℃条件下，次甲基蓝仅需58min褪色。陶瓷比表面积高，气孔率高，

性能稳定，易于回收。

2.3碳基类载体

2.3.1活性炭

活性炭是一种内部空隙率高，比表面积大，吸附能力强的微晶质碳素材料。与其它载体

相比，活性炭表面的贵金属可以通过碳载体的燃烧来回收，是一种廉价且回收率高的载体[11，12]。Yang等[13]采用溶胶-凝胶法制备活性炭负载纳米二氧化钛催化剂，在太阳光照射下，以罗丹明B为降解目标污染物，实验结果表明加了负载后的光催化剂对罗丹明B的催化降解率

可达96%。而且反应结束后，重复使用，催化活性几乎没有降低，故该光催化载体易于分离

和重复使用，工业前景较好。

2.3.2石墨烯

由于一些光催化剂，例如g-C3N4存在电子-空穴对，复合率较高，空穴等与目标污染物

降解活性低，并且难以循环利用[14]。而研究表明石墨烯可抑制光生电子与空穴对复合。Ma

等[15]采用水热法合成g-C3N4/（CGH）石墨烯水凝胶复合光催化剂，在可见光照射下降解四

环素，通过5次重复实验证明负载石墨烯的g-C3N4催化剂具有良好的稳定性，在90min内

去除了74.6%的四环素。

2.4有机高分子类载体

与传统均相催化剂相比，高分子材料负载金属催化剂表现出较高的活性、稳定性和重复

使用性，并且后处理简单，可与其他组分分离再生和重复使用，降低成本并且污染小[16]。

Gu[17] 采用复合溶胶法快速制备AgCl/CPs复合纳米材料，在350W氙灯照射下，并用

λ≥400n m的滤光片过滤紫外部分，以甲基橙为目标降解产物，结果表明AgCl/PPy光催化速度

和稳定性均优于纯AgCl，并且负有PPy载体的AgCl循环5次后仍有良好的稳定性。

3前景展望

由于一些纳米催化剂存在电子-空穴对，复合率较高，空穴等与目标污染物降解活性低，

并且难以循环利用。故选择合适的催化剂载体，使其易于回收利用很有必要。在将来，光催

化催化剂载体的研究将倾向于研发具有更大比表面积，强稳定性，长使用寿命且更易于电子、空穴分离的优质载体[18]。负载型纳米光催化剂在污染物降解、污水净化、空气净化等领域

广泛应用[19]。

参考文献：

[1]Athanasekou C， Romanos GE， et al. Chemical Engineering Journal， 2017，（318）：171.

[2]陈顺生. 功能材料， 2018， 49（7）： 07039-07056.

[3]李彦涵. 太阳能学报， 2020， 41（7）： 17-25.

[4]刘子全. 无机盐工业， 2011， 43（11）： 6-8.