2018-10-07 16:40:38

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催化剂载体又称担体(support),是负载型催化剂的组成之一,是催化剂活性组分的骨架,支撑活性组分,使活性组分得到分散,同时还可以增加催化剂的强度。但载体本身一般并不具有催化活性。

多数载体是催化剂工业中的产品,常用的有氧化铝载体、硅胶载体、活性炭载体及某些天然产物如浮石、 硅藻土等。常用"活性组分名称-载体名称"来表明负载型催化剂的组成,如加氢用的镍-氧化铝催化剂、氧化用的氧化钒-硅藻土催化剂。

基本信息

  • 中文名

    催化剂载体

  • 外文名

    support

  • 又称

    担体

  • 定义

    负载型催化剂的组成之一

目录

折叠 编辑本段 分类

催化剂载体种类较多,有金属氧化物载体、分子筛载体及其他载体。

折叠 编辑本段 作用

主要体现为:

(1)固定TiO2、防止流失、易于回收和提高TiO2的利用率;

(2)增加TiO2光催化剂整体的比表面积;

(3)提高光催化活性。因为某些载体可与TiO2发生相互作用,有利于E-H+的分离并增加对反应物的吸附,同时实现载体的再生;

(4)提高光源利用率。如将TiO2制成薄膜后,催化剂表面受到光照射的催化剂粒子数目增加;

(5)将催化剂用载体固定,便于制成各种形状的光催化反应器

光催化剂载体首先要求能改善所担载的物质的组织结构(如增加孔隙、表面积等),同时由于光催化剂是靠光和催化剂的结合来发挥催化作用的,只有被光激活的催化剂才具有光催化效果。因此,良好的光催化剂载体应具有以下特点:具有良好的透光性;在不影响TiO2催化活性的前提下,与TiO2颗粒间具有较强的结合力;比表面积大;对被降解的污染物有较强吸附性;易于固液分离;有利于固-液传质;化学惰性等。

折叠 编辑本段 种类

国内外研究较多的催化剂载体有:SiO2,Al2O3、玻璃纤维网(布)、空心陶瓷球、海砂、层状石墨、空心玻璃珠、石英玻璃管(片)、普通(导电)玻璃片、有机玻璃光导纤维、天然粘土、泡沫塑料、树脂、木屑、膨胀珍珠岩、活性炭等。

折叠 天然矿物

天然矿物类物质本身具有一定的吸附性催化活性,且耐高温,耐酸碱,常被用作催化剂的载体。已被用作TiO2载体的有硅藻土、高岭土、天然浮石和膨胀珍珠岩等。刘勋等研究了几种不同天然矿物(硅藻土、蛭石、高岭土、膨润土硅灰石和海泡石)与纳米TiO2的复合。结果表明,在6种天然矿物所制得的复合材料中,以海泡石光催化降解效率最高,作用6h后,对甲基橙光降解率达到98%。其次是硅藻土和硅灰石,分别达到87%和85% 。且光催化降解效率与天然矿物吸附能力呈一一对应关系。陈爱平等以轻质绝热保温建筑材料膨胀珍珠岩作载体,制得了能长时间漂浮于水面的纳米TiO2负载型光催化剂,用于水面浮油的太阳光光催化降解。周波等采用天然浮石为载体负载TiO2作光催化剂,利用高压汞灯为光源对有机磷农药的光催化降解进行了研究。结果表明,浓度为1.2×10 mol·L的农药光照2h左右可完全被光催化氧化为PO4。

折叠 吸附剂

这类载体为多孔性物质,比表面积较大,是使用最为广泛的一类载体。用作负载TiO2的吸附剂类载体主要有活性炭、硅胶、多孔分子筛等。吸附剂类载体可以获得较大的负载量,可以将有机物吸附到TiO2粒子周围,增加界面浓度,从而加快反应速度。崔鹏等将活性炭负载到TiO2膜作为光催化剂甲基橙水溶液进行了光催化降解试验。结果表明,与商品化的TiO2微粉光催化剂的降解性能相比,其降解速率较高,由于TiO2/C光催化剂中活性炭良好的吸附性能,使得光催化反应体系内产生了吸附-反应-分离的一体化行为,提高了光催化速率。国外的V.M.GuNk等研究表明,在不同负载量下,TiO2在硅胶表面均没有形成连续涂层;TiO2和SiO2之间的作用力包括氢键、静电力和少量的Si-O-Ti键,SiO2抑制了TiO2从锐钛型向金红石型的相变。国内的郑光涛等采用溶胶-凝胶法将改性后的高效TiO2光催化剂负载于球形硅胶上,得到了具有混晶结构、大比表面积、高活性的纳米TiO2光催化剂。负载后的催化剂在紫外区具有强的吸收,比表面积达到379.8m·g。郑珊等合成了TiO2呈单层分散或双层分散状态的多孔分子筛MCM-41。结果表明,负载后,MCM-41孔道表面的SiO2以化学键相连生成Si-O-Ti键。

折叠 玻璃

玻璃价廉易得,具有良好的透光性,便于设计成各种形状,引起了研究者的重视。用于TiO2光催化剂的载体有玻璃片、玻璃纤维网(布)、空 心玻璃珠、玻璃螺旋管、玻璃筒、石英玻璃管(片)、普通(导电)玻璃片、有机玻璃等。张新英等以空心玻璃微球为载体,用溶胶-凝胶法制备负载型复合光催化剂,所得催化剂可以漂浮在水面上,便于回收和重新利用。有人认为可以采用:物料研磨→筛分→配料→混合→加水→混合→挤压成型→干燥→烧成,这一路线制备多孔催化剂载体。

折叠 陶瓷

陶瓷也是一种多孔性物质,对TiO2颗粒具有良好的附着性,耐酸碱性和耐高温性较好,也可用作催化剂载体。若在日常使用的陶瓷上负载TiO2,可以制成具有良好自洁功能的陶瓷,起到净化环境的作用。贺飞等采用溶胶-凝胶法,在自制的陶瓷釉体表面制得粒径大小为40~100nm的TiO2晶粒。它紧密结合,形成透明均一无"彩虹效应"的TiO2光催化薄膜型自洁功能陶瓷,具有超级亲水性和去污功能。

折叠 有机分子

由于TiO2在阳光下能光催化氧化降解有机物,所以一般不用有机材料做载体。而某些高分子聚合物,如饱和的碳链聚合物或氟聚合物,有较强的抗氧化能力,所以也可以用于负载型TiO2的研究。但由于·OH,·O的强氧化性,这些高分子聚合物载体只能在短期内使用。用于负载TiO2的高分子聚合物载体有:聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯、聚丙烯、ABS,NAfiON薄膜等。刘平等研究认为,TiO2粒子的形成与长大均限制在NAfiON的微小孔笼中,粒子形成过程所需的物质传递也仅能通过小通道进行;在该实验的合成条件下,TiO2晶体大小仅取决于NAfiON孔笼直径。

此外,在载体选择时,必须对效率、催化活性、催化剂负载的牢固性、使用寿命、价格等作综合考虑。

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