不同掺杂类型的TiO2光催化膜研究进展

　　近年来，人们对我们在全球范围内所面临的许多严重的环境问题和缺乏自然能源资源感到十分关切。世界人口的增加和工业的发展都导致了能源消耗的加速和有毒物质排放到空气和水中的有增无减，导致了与污染有关的疾病和全球变暖等不良影响。因此，当务之急是发展生态清洁和安全的化学技术、材料和工艺，以维护生态环境[2]。在环保领域内,光催化同传统的污染防治技术相比具有高效、反应条件温和、操作简单、无二次污染等突出优点[3-7]。有望成为21世纪环境污染控制与治理的理想技术。其中，二氧化钛光催化剂的高活性、稳定性和有效性尤其受到研究者的关注。20世纪60年代后期以来,许多研究都集中在二氧化钛的应用上,如太阳能光电化学能量转换,环境光催化和光生超亲水性[8-10]为提高TiO2光催化膜的利用效率，开发新型、高效的TiO2光催化膜，为了提高二氧化钛的一些有效的方法已经应用,包括掺杂、表面改性、半导体耦合[11-15]。本文讨论掺杂方法。第一种掺杂方法是掺杂金属离子，崔晋梅等人在实验中分别采用金属离子Zn2+和其氧化物ZnO掺杂TiO2的方法,制备以TiO2为基体的复合光催化薄膜[16]；龚文琪等人进行了掺Fe3+的TiO2光催化膜[17]；崔鹏等人研究了Ag/TI02光催化膜[18]。第二种方法是掺杂聚合物，于秀娟等人制备出了以P25粉末为催化剂，聚四氟乙烯为粘合剂，金属网为支撑基体的TiO2复合催化膜[19];张德华等人制备二氧化铁（TiO2）／聚丙烯酸（PAA）杂化光催化膜[20];李艳稳等人制备了聚丙烯腈(PAN)/Ti O2复合膜材料[21]。除此之外，蔡启舟等人微弧氧化V2O5/TiO2复合光催化膜的制备[22]。庄慧生等人使用活性炭粉末对光催化膜进行改性,克服了以往催化剂改性成本较高,方法较繁琐的缺点,且能获得较高的催化活性[23]。梁艳萍等人掺入贵金属来修饰TiO2催化膜[24]。

　　在制备掺杂金属离子的TiO2光催化膜过程中，用到了溶胶-凝胶法。此种方法需先配制出掺杂溶液，用浸渍法将TiO2负载于所选机体上，真空干燥烧断成膜[25]。于秀娟等人在比较了粉末烧结法[26,27]、化学气相沉积法[28,29]和溶液浸渍法[30,31]之后提出了以聚四氟乙烯(PTFE)乳液和纳米TiO2粉末为原料,采用无水乙醇为溶剂,经辊压后与不锈钢网结合,制备多孔固定化TiO2-PTFE光催化膜的方法,具体步骤如下：用无水乙醇将TiO2光催化剂和PTFE调成凝聚膏体,将膏体在辊压机上辊压成膜,将压好的膜附着在不锈钢网上,再进行辊压,直至膜与不锈钢网紧密结合在一起,形成复合膜,再将复合膜洗涤、干燥,即得TiO2-PTFE光催化膜[32]。在制备TiO2/PAA杂化光催化膜过程中，张德华等人分别采用了共混、交联、原位聚合三种方法进行实验。蔡启舟等人采用NaVO3电解液对纯钛进行微弧氧化，以工业纯钛为基体金属，分别在Na3PO3电解液和NaVO3电解液中制备TiO2膜和V2O5/TiO2复合膜。梁艳萍等人对Ti O2/Al2O3复合膜用交流电沉积的方法掺杂贵金属M(M=Ag、Au)进行改性，具体方法如下：先用交流电沉积方法制备M/Al2O3膜，再用膜浸渍-提拉法制备TiO2/M/Al2O3膜。

　　

　　根据对以上实验研究的归纳总结，可得出以下结论：

　　1）掺杂金属离子的TiO2光催化膜均提高了降解能力，掺杂Zn2+、ZnO2或Fe3+的TiO2光催化膜吸光能力也有所增强，其中掺杂Zn2+、ZnO2还会增强TiO2光催化膜的亲水性，而掺Fe3+提高其光催化活性。

　　2）对于制备TiO2/PAA杂化光催化膜过程所采用的三种方法，共混法所制备的膜亲水性和化隙率提高使膜通量提高，热重分析后固体残留值增加，膜表面和断面指状孔表面粗糟度增加，UV辐照条件下具有一定的光催化性能，而交联法相对共混法改性效果更明显，原位聚合法抗污染性显著提高。

　　3）与上述方法不同，贵金属修饰TiO2催化膜不仅扩展了TiO2波长的吸收范围，也扩宽了TiO2在可见光下的响应范围，而微弧氧化方法的适用则提高TiO2膜的稳定性。

　　4）掺杂量对光催化膜的性能有影响，超过某一特定值，光催化膜降解能力不增反降。

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