(3) 在催化剂和吸附方面的应用
气凝胶有着较高的比表面积、高孔隙率和良好的耐热性,以及在催化过程中表现出的优良的高选择性,这些特点使气凝胶作催化剂时表现出优良的活性和选择性,而且寿命也高于普通的催化剂。
(4) 在环保方面
炭气凝胶由于其高的比表面积、孔隙率和光催化性能,往往被用作污水处理中的吸附剂,是有效又环保的材料。如用炭气凝胶吸附有机印染水中的杂质,进行水处理的过程,效果很好。
(5) 其它应用
气凝胶可以用作杀虫剂,它本身没有毒性,但是它附着在昆虫身体上可以把其体内的水分吸干而导致昆虫死亡[7]。另外,气凝胶由于其良好的声学性能,成为了一种极好的声阻材料;由于气凝胶的吸附性能,还可用作化妆品中的除臭剂[8]。
1.3 TiO2/C的发展和研究现状
1.3.1 TiO2/C的发展
2、水热合成法
水热合成法是在特制的密闭反应器(高压反应釜)里,利用高温高压下,化合物表现出溶解度增大、晶体结构易转型、离子活度增加等特殊性质,以水溶液作为反应介质,通过对溶液加热,溶液温度可以超过水的沸点,达到饱和蒸汽压,创造一个高温、高压的反应环境,使通常难溶或不溶的物质溶解并重结晶,从而制得相应的纳米粉体。
3、热氧化法
热氧化法是一种最简单的方法,直接在炉子上煅烧氧化含Ti金属。Khan等人在天然气中850℃条件下煅烧金属Ti制备C掺杂TiO2,第一次提出碳掺杂的TiO2具有很高的光电化学性能,通过光解水制备H2和O2,发现其光电转换效率可以达到8.35%,并且在可见光下具有稳定的光催化性能。Irie等通过加热氧化TiC粉末的方法制备了C掺杂的锐钛矿相TiO2粉末,TiC粉末也在可见光下表现出光催化活性。
4、其他制备方法
除了上述几种制备方法外,也可以用化学气相沉积法(CVD)、磁控溅射法、微乳溶液法、等离子体火焰法和均相沉淀法等方法制备 TiO2/C 。
1.4 TiO2/C杂化气凝胶的性能
1.4.1 TiO2/C杂化气凝胶的光催化性能
光催化是指材料在光照射条件下,通过把光能转化为化学能,促进有机物降解的过程。实验证明,纳米TiO2 /C 由于表面积大,导致吸光范围大,所以纳米TiO2 /C 较TiO2 /C块体材料有更好的催化活性,纳米TiO2 /C表现出更优良的光催化降解性能。
光催化反应过程中,随着浓度的升高,有机物分子与光催化剂发生碰撞越剧烈,反应速度也就相应变快;反之,低浓度下,有机物分子与光催化剂碰撞频率低,反应速度变慢。研究表明,光催化反应一般发生在距催化活性中心几纳米范围内,因此为了提高TiO2 光催化剂的催化效率,可以通过加入具有强大吸附能力的惰性载体,以模拟高浓度场所。通常采用溶胶一凝胶法制备TiO2,并由于活性炭因其具有巨大的比表面积、发达的孔隙结构和强大的吸附能力,将活性炭负载于TiO2上,这种做法能显著提高TiO2的催化活性[17-21]。
有研究表明, 由于光催化反应可分为吸附和化学反应2个步骤,只有有机物分子吸附到催化剂表面,才能被光催化氧化,因此有机污染物分子在TiO2 光催化剂表面的吸附性能与其光催化降解速率有密切的关系[22,23]。
TiO2光催化化学反应的主要步骤包括:
①TiO2受光子激发后产生载流子-光生电子、空穴;
②载流子之间发生复合反应,并以热或光的形式将能量释放;
③由价带空穴诱发氧化反应;
④由导带电子诱发还原反应;
⑤发生进一步的热反应或催化反应(如水解或与活性含氧物种反应);
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