中国粉体网讯 二氧化钛（TiO2），工业上俗称，钛白粉，也是一种典型的半导体光催化剂。碳酸钙（CaCO3）常见的无机非金属粉体，用途广泛的填充剂。将碳酸钙颗粒作为载体负载纳米TiO2制备复合光催化剂（CAT-CC），可通过降低TiO2粒径和提高颗粒分散性而提升功能作用，并实现纳米TiO2应用回收和循环利用，同时提高碳酸钙的利用价值。
1纳米TiO2光催化技术
光催化技术是治理水污染和环境修复的理想途径之一，而优化光催化剂使用条件，充分发挥催化剂的功能作用，实现催化剂减量、降低催化剂成本等相关研究，对促进经济发展和环境保护具有重要意义。
纳米TiO2具有无毒、无污染、性质稳定等特点，是目前研究和应用最广泛的半导体光催化材料。有研究表明，纳米TiO2可以在紫外线的照射下迅速降解自然环境中3000多种难降解的有机化合物，对水体污染治理和复杂生态系统修复有重要作用。
但纳米TiO2也存在应用瓶颈，有几个重要的缺陷需要弥补。例如，纳米TiO2表面能高，极易团聚，导致比表面积降低和活性位点减少，从而使光催化活性不能有效发挥；纳米TiO2电子-空穴对寿命短，循环利用率低；纳米TiO2在水体中使用时流失严重，回收困难。
为了突破纳米TiO2在光催化领域的应用难题，人们在负载型TiO2光催化材料方面进行了大量的研究。
TiO2光催化原理
2纳米TiO2光催化剂载体分类
载体光催化剂载体可分为无机和有机两种类型，其中无机载体最为常见，包括玻璃类、金属类和吸附剂类载体。玻璃类载体化学稳定性强，透光性好，且可以根据需要加工成各种形状的反应器。吸附剂类载体常见的有碳材料、非金属矿物材料以及陶瓷、硅胶等。
吸附剂类载体可通过吸附作用对废水中的污染物进行富集，提高催化剂的光催化活性。金属类载体具有耐高温、耐腐蚀的特点，常见的金属载体有多孔钛、钛网、不锈钢等。由于有机物能被TiO2光催化降解，所以有机载体的应用受到了限制。
3纳米CaCO3-TiO2光催化剂复合材料
纳米碳酸钙，制备技术相对成熟，产品具有纯度高、白度高、比表面积大等特点，在磁性及催化性方面具备巨大优势。从CAT-CC复合光催化材料内部的微观结构分析，纳米CaCO3做纳米TiO2的载体是很成功的。
TiO2能在CaCO3表面均匀负载，使自身分散性提高，增加活性位点和光吸收面积；TiO2与CaCO3在界面处形成化学键合，使TiO2的光生电子形成新的传输通道，进而提高光生电子和空穴的分离效率；在CAT-CC中，纳米TiO2和CaCO3因发生表面化学键合而牢固结合，阻止了TiO2降解水中污染物时的流失，并易于从水中通过沉降进行回收和循环利用，从而降低TiO2用量和使用成本。
CAT-CC微观结构
案例一：湿法研磨碳酸钙负载性能占优
徐卓群等对碳酸钙-TiO2复合光催化剂的结构与机理进行了研究。以碳酸钙为载体，TiO2增大了比表面积，解决了容易团聚的问题，提高了光催化效率，减少了TiO2的用量，提高了应用回收和循环利用性能。
值得一提的是，与干法研磨相比通过湿法研磨制备的碳酸钙-TiO2光催化复合材料，在液相条件下TiO2负载更加均匀，进一步增大比表面积，活性位点增加；通过打散干燥等处理，TiO2与碳酸钙之间结合的更加紧密，又进一步提高催化效率。
案例二：提高催化剂回收率和循环性
为提高纳米TiO2光催化降解污染物效率，减少使用量并实现回收与循环利用，拓展碳酸钙的应用领域，孙思佳等采用纳米TiO2湿法研磨过程解聚、分散及在CaCO3表面负载方式制备了CaCO3-TiO2复合光催化剂，对CAT-CC性能、结构和机理进行研究。结果表明，TiO2颗粒分散良好，并与CaCO3在界面形成了化学键合。
可回收性对比
加入CAT-CC的悬浮液仅离心处理1min，其回收系数（E）值达到93%，说明短时间离心即可实现CAT-CC从水体中分离，验证CAT-CC具有良好的可回收特性。相比之下，加入纳米TiO2的悬浮液在离心1minh后回收系数（E）值为60%，随离心时间延长，E值提高，但幅度不大，其分离效率低。
循环使用性能对比
催化剂的循环使用性能可反映其稳定性，影响实际应用成本。孙思佳考察了CAT-CC的循环使用性能，实验中在第1次使用时，甲基橙（10mg/L）溶液光照30min，CAT-CC对其降解率接近100%，第5次使用的光照30min时，CAT-CC对甲基橙的降解率仍能达到90%。上述结果表明，CAT-CC具有优异的循环使用性能，可节约成本。
4结语
目前纳米TiO2光催化技术相关研究众多，对新载体的实验，备技术的优化，以及不同改性剂组合尝试等等。其中，大多数研究都处在实验阶段，加快研究进度是第一要务。另外，对环境友好型催化剂的研究依旧较少，大量使用改性剂后催化剂难以回收，这也是亟待解决的重要问题。
参考来源：
孙思佳，等：CaCO3负载纳米TiO2复合光催化剂制备及性能研究，中国地质大学
刘颖，等：TiO2光催化剂的制备及应用研究进展，东北石油大学
魏晨光，等：负载型TiO2光催化剂在废水处理中的应用，沈阳建筑大学
（中国粉体网编辑整理/昧光）
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