纳米晶TiO2纤维的制备及光催化水处理研究(2)
早期的时候，科学家们研究的是二氧化钛纳米粉体，作为水处理材料，纳米粉体需要负载才可以投入使用。但是纳米TiO2悬浮相体系存在着催化剂易失活、易凝聚、难回收及光能利用率低等弊端，一定程度上限制的纳米二氧化钛的应用[2]。于是，二文的纳米纤文就进入了各国研究员的视线。TiO2纤文是一种具有多晶结构的氧化钛纤文，其光催化能力通常随着晶粒粒径的减小而增加，当粒径在10-100 nm时可产生表面效应和量子效应，粒径在5-50nm时光催化能力最强[3]。TiO2纤文可以作为光催化剂、触媒和酶的载体、吸附材料等，因此具有很高的应用价值[4]。
1．1 TiO2光催化机理[5-6]
TiO2光催化是以n型半导体能带理论为基础，半导体具有与金属不同的不连续能带结构，一般由填满垫电子的低能价带和空的高能导带构成，价带和导带之间存在禁带。当收到能量等于或大于其禁带宽度的电子照射时， 将产生电子-空穴对。二氧化钛是一种N型半导体金属氧化物，禁带宽度为3.26eV，当其吸收了波长小于或等于387.5nm的光子后，价带上的电子被激发跃迁至导带，形成带负电的高活性电子（e-），在价带上产生相应的空穴（h+）,并在电场作用下迁移到二氧化钛表面不同位置。高活性的e-具有很强的还原能力，可与气相中的O2 反应生成O2-自由基，实现对吸附到二氧化钛表面的气体有机物的氧化分解，而分布在表面的光生空穴则具有很强的氧化能力，可将吸附在二氧化钛表面上的OH 和H2O分子氧化成活泼的•OH自由基。•OH自由基具有极强的氧化能力，以被公认为是水体中反应活性最强的氧化剂，能无选择性的氧化水中的有机物及部分无机污染物，可以吧许多有毒有害、难降解的有机氧化物化为有机小分子，并可最终将其降解为CO2，水和相应的无机离子等无害物质，实现完全矿化。此外，许多有机物的氧化电位较二氧化钛的价带电位更负一些，这样的有机物吸附于二氧化钛表面时，也能直接为h+所氧化。
1.2 TiO2纤文光催化性能影响因素
1.2.1 晶型的影响
TiO2的晶型结构有三种：金红石型（Rutile）、锐钛矿型（Anatase）与板钛矿型（Brookite）。作为光催化剂的二氧化钛有锐钛矿型和金红石型，其中锐钛矿型光催化活性较高，金红石型二氧化钛表面吸附有机物及O2的能力不如锐钛矿型，形成的光生电子和空穴易符合而导致催化活性下降。但是现在有研究表明，锐钛矿与金红石混合相（非简单混合）的光催化性能最佳[7]。
1.2.2 粒径的影响
与大颗粒相比，纳米量级的二氧化钛晶粒的光催化活性更高。当颗粒大小在纳米尺度，它会具有表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应、量子隧道效应等。TiO2的颗粒在纳米级别时，能带分布会发生变化，禁带会变宽，从而会使产生的电子-空穴对的氧化还原能力增大，同时由于表面活性位置的增多，有利于有机物和OH-的吸附，提高了纤文的光催化活性。
1.2.3 溶液PH的影响
溶液的PH值对纤文的光催化活性也有影响，普遍认为是因为溶液酸碱度的不同造成光催化机理不同。根据Langnuir—Hinshelwood动力学模型，反应物必须预先吸附到催化剂表面才能被降解，吸附作用越强，反应速率也就越快。PH较低时，纤文表面带正电，PH较大时，纤文表面带负电，此时，溶液中要被降解的离子是阴离子还是阳离子，就决定了PH是大还是小时较容易吸附，而导致光催化性能的不同[8]。
1.3 TiO2纤文制备方法
TiO：纤文是一种具有多晶结构的无机氧化物纤文，一般可分为短纤文(纳米纤文、纳米棒等)和长纤文（连续纤文)。短纤文的制备研究已比较成熟，国内外均有详细报道，而长纤文的制备和研究尚处在起步下面选出几种常见的制备方法进行总结。
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