活性炭负载TiO_(2)吸附与光催化降解甲醛研究进展

摘要

甲醛污染日益严重,有效降解甲醛是亟需解决的现实问题。以生物质材料、不同变质程度的煤、石油焦等为原料制得的活性炭具有比表面积大、吸附效率高等优点,在吸附、分离甲醛污染物方面具有显著优势。综述了活性炭吸附机理及改性机理、TiO_(2)光催化反应原理、提高光催化活性的途径、TiO_(2)负载等,分析比较了活性炭和TiO_(2)/AC对甲醛的吸附降解性能,并对活性炭改性、TiO_(2)/AC吸附-光催化的未来方向进行了展望。活性炭以物理吸附为主,在一定压力、温度条件下会发生脱附,造成二次污染。通过酸化改性可改变活性炭的孔径分布和表面酸性官能团含量,将物理吸附转变为物理-化学联合吸附,可有效提高甲醛分子在活性炭表面的吸附。除了活性炭吸附甲醛外,TiO_(2)无毒无害、安全绿色、光催化效率较高,是公认的较理想光催化降解甲醛等污染物的材料,根据TiO_(2)光催化原理,通过—OH和—O_(2)^(-)两种氧化能力极强的活性物种,甲醛等污染物能被催化降解为CO_(2)、H_(2)O或其他无机小分子。然而,TiO_(2)量子效率低、可见光吸收范围窄、重复利用率低等问题限制其大规模工业应用。金属离子掺杂进TiO_(2)后形成电子、空穴的浅捕获势阱,非金属阴离子取代TiO_(2)氧位后,改变结构的畸变程度,一定程度上减少了电子-空穴对的复合。通过复合敏化可将禁带宽度不同的半导体组合形成一个异质结,拓宽复合催化剂的光谱响应范围。将TiO_(2)负载在活性炭上制得TiO_(2)/AC吸附催化协同材料,有利于解决催化剂难以回收利用的问题,通过活性炭对甲醛的吸附与浓缩,为光催化提供良好的反应环境,提高降解速率。通过控制活化与炭化过程,开发出具有特异吸附能力的活性炭;随着对TiO_(2)机理的深入探究,制备去除效率高、吸附容量大、能耗低、具有选择性的TiO_(2)/AC材料,提升吸附催化协同材料的制备水平,有利于实现高效清洁降解甲醛的技术目标。