鈦白粉學(xué)名二氧化鈦(TiO2 )，是一種白色無機(jī)顏料，具有無毒、最佳的不透明性、最佳白度和光亮度，被認(rèn)為是目前世界上性能最好的一種白色顏料，廣泛應(yīng)用于涂料、塑料、造紙、印刷油墨、化纖、橡膠、化妝品等行業(yè)。隨著高新技術(shù)的發(fā)展，鈦白粉的應(yīng)用正在從上述的傳統(tǒng)行業(yè)向功能材料延伸，如超細(xì)顆粒、電子材料、光電催化劑、煙氣脫硝以及加氫脫氮、脫硫催化劑等，特別是在催化領(lǐng)域中得到廣泛的研究和應(yīng)用。
1、二氧化鈦光催化降解有機(jī)污染物
1972年Fujishima和Honda發(fā)現(xiàn)二氧化鈦單晶電極具有光分解水的功能以后，半導(dǎo)體多相光催化反應(yīng)就引起了人們濃厚的興趣。1976年J.H.Cary等報(bào)導(dǎo)了在紫外光照射下，具有光催化氧化作用的TiO2可使難降解有機(jī)化合物多氯聯(lián)苯脫氯，光催化的方法引起了廣泛的重視。近年來，光催化在環(huán)境凈化方面的應(yīng)用越來越受到人們的重視。鈦白粉作為半導(dǎo)體材料，其能帶是不連續(xù)的，價(jià)帶和導(dǎo)帶之間存在一個(gè)禁帶，其禁帶寬度(帶隙能，Eg)為數(shù)個(gè)電子伏特。當(dāng)用光子能量大于或等于禁帶寬度的光照射半導(dǎo)體材料時(shí)，其價(jià)電子被激發(fā)，越過禁帶進(jìn)入導(dǎo)帶，同時(shí)在價(jià)帶上形成相應(yīng)的空穴，即產(chǎn)生所謂電子—空穴對(duì)。在光催化的過程中，空穴具有極強(qiáng)的獲取電子的能力(TiO2價(jià)帶上空穴氧化還原電位+2.7eV)，能將水中的OH一和H2O分子轉(zhuǎn)化為氧化能力和反應(yīng)活性極強(qiáng)的羥基自由基OH，而吸附在TiO2表面的物質(zhì)或溶劑中的游離氧則俘獲電子形成O等活性極強(qiáng)的自由基，這些自由基都具有很強(qiáng)的化學(xué)活性，能與各種無機(jī)、有機(jī)污染物反應(yīng)生成無毒無害的CO、H2O和無機(jī)物等。
太陽(yáng)光中的紫外光能有效的對(duì)TiO2半導(dǎo)體材料進(jìn)行電子激發(fā)，從而產(chǎn)生氧化性很強(qiáng)的自由基，但太陽(yáng)光中紫外光占的比例并不大，太陽(yáng)光中紫外光能量?jī)H占4%，而可見光能量占43%，因此，為了有效地利用太陽(yáng)光，研究在可見光下具有高效光催化活性的催化材料非常有意義。通過一些列的方法，如：染料光敏化、半導(dǎo)體復(fù)合、離子注入、金屬和非金屬摻雜、TiO2與H2O2復(fù)合等，可以使TiO2吸收波范圍紅移，充分的利用太陽(yáng)光中可見光部分對(duì)TiO2半導(dǎo)體進(jìn)行激發(fā)，增大TiO2的光譜吸收范圍。
2、在煙氣脫硝中的應(yīng)用
電廠燃煤過程中產(chǎn)生的NOX是目前造成大氣污染的主要污染源，因此，關(guān)于煙氣脫硫脫硝的技術(shù)研究也成為環(huán)境領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題，TiO2作為一種光催化劑對(duì)NOX具有光催化氧化作用，當(dāng)TiO2受到紫外線照射時(shí)所形成的具有氧化性的OH和O2自由基能將NOX中的NO和NO2分別氧化為NO2和NO3—。
選擇性催化還原(SCR)技術(shù)是目前應(yīng)用及研究較多的煙氣脫硝技術(shù)之一，國(guó)外SCR催化劑的研究和應(yīng)用主要是V2O5-WO3(MoO3)/TiO2體系為主。催化反應(yīng)原理是NH3快速吸附在催化劑表面的B酸活性點(diǎn)，與NOx按照Eley-Rideal機(jī)理反應(yīng)，形成中間產(chǎn)物，分解成N2和H2O，在O2的存在下，催化劑的活性點(diǎn)很快得到恢復(fù)，繼續(xù)下一個(gè)循環(huán)。
鈦白粉為脫硝催化劑的載體，主要對(duì)催化劑活性組分及催化助劑起機(jī)械承載和抗磨蝕作用，并可增加有效的催化反應(yīng)表面積及提供合適的孔結(jié)構(gòu)，使催化劑具備適宜的形狀。釩的氧化物在鈦白粉表面有很好的分散度。由于載體有微弱的催化能力，它減少了催化劑活性組分的用量，降低了制備成本。鈦白粉作為載體在催化劑中的質(zhì)量含量是最大的。所以，脫硝催化劑將會(huì)是鈦白粉的又一大的應(yīng)用領(lǐng)域。
3、在催化加氫中的應(yīng)用
3.1、在加氫脫硫、脫氮中的應(yīng)用
隨著原油中重組分以及氮、硫和金屬等有害成分的增加，油品中的硫和氮在燃燒過程中生成的硫氧化物和氮氧化物造成的環(huán)境污染，使油品脫硫、脫氮問題受到人們廣泛的關(guān)注，催化加氫是油品脫硫、脫氮的重要手段，多年來加氫脫硫(HDS)最受重視，然而，高氮含量重油和某些礦物燃料的加工處理已大勢(shì)所趨，同時(shí)，油品中的氮化物對(duì)HDS反應(yīng)有較強(qiáng)的抑制作用。因此,為了得到清潔的油品，研制同時(shí)具有HDS和加氫脫氮(HDN)性能的催化劑成為必然。TiO2 -A12O3復(fù)合氧化物結(jié)合了A12O3的高比表面積和TiO2優(yōu)良的催化性能，A12O3具有較大的比表面積和孔容，并具有適宜的酸性中心，是良好的加氫催化劑載體;TiO2作為一種新型載體，具有酸度較強(qiáng)、同時(shí)具有B酸和L酸兩種酸位以及可還原等優(yōu)點(diǎn)，兩者結(jié)合還能產(chǎn)生單獨(dú)氧化物所不具備的獨(dú)特的物理化學(xué)性能。另外在催化劑的前期處理中不需預(yù)硫化，在反應(yīng)物中硫含量不足時(shí)不需補(bǔ)硫，這不僅大大降低了固有成本，而且節(jié)省了使用費(fèi)用，具有很好的工業(yè)應(yīng)用前景。
3.2、在N=O鍵和C=0鍵液相選擇性加氫反應(yīng)中的應(yīng)用
N=O鍵和C=0鍵加氫是化工生產(chǎn)中的一個(gè)重要工藝步驟，如芳香族胺化合物和不飽和醇(如糠醇和巴豆醇等)的制備。但由于反應(yīng)物在含有N=O鍵和C=0鍵的同時(shí)通常還含有C=C鍵,且反應(yīng)以液相體系加氫為主，因此選擇合適的催化劑有一定難度。TiO2具有很好的水熱穩(wěn)定性和耐酸堿性，能夠在較苛刻的液相加氫反應(yīng)中使用，同時(shí)活性金屬組分與TiO2之間存在的相互作用可以促進(jìn)炔烴及其他化合物中的炔鍵選擇性加氫，因此，越來越多的研究者開始關(guān)注以TiO2為載體的催化劑(鈦載催化劑)在N=O鍵和C=0鍵液相選擇性加氫反應(yīng)中的應(yīng)用。
鈦白粉作為半導(dǎo)體材料，具有很強(qiáng)的光催化活性，其可作為光催化劑應(yīng)用到有機(jī)污染物的降解中，鈦白粉中的雜質(zhì)也可以起到摻雜的作用，使鈦白粉吸收波范圍紅移。同時(shí)，鈦白粉還是其它催化劑的優(yōu)良載體，起到對(duì)催化劑的承載和助催化的作用。所以，鈦白粉將會(huì)在催化領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
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