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凹土復合型材料在催化領域的應用

時間:2022-10-17 22:46:45 瀏覽人次:216

  凹土
  
  凹凸棒土,簡稱凹土(ATP),是一種棒狀或纖維狀的水合鎂鋁硅酸鹽礦物,廣泛存在于江蘇、安徽等地。凹土結構的特殊性和價格的低廉性等特點使凹土及其復合材料廣泛應用于農業、工業、能源、建材、造紙、水處理等行業,具有廣闊的發展前景。
  
  凹土在礦物學上隸屬于海泡石族,自然界中天然凹土的成分較為復雜,大的比表面積和高的表面活性等特點使凹土具有一定的吸附性能、載體性能和催化性能。
  
  凹土復合型材料在催化領域的應用
  
  1、光催化領域
  
  太陽能作為一種可持續能源,具有隨時隨地可用的特點。光催化正是通過利用太陽能進行催化反應的一項實驗技術。自發現金屬氧化物具有光催化活性以來,光催化技術一直在不斷地發展與完善。然而單一的光催化劑在進行光催化反應時往往不能充分利用太陽能,在一定程度上限制了催化劑的應用,因此通常采用復合的方法進行互補來達到提高催化效率的目的。在可選擇的材料中,凹土良好的載體性和吸附性使其成為制備復合型催化劑材料的選擇之一。
  
  凹土復合材料在光催化處理染料廢水的研究中占有一席之地,例如崔家民等在研究光催化降解羅丹明B時,采用水熱法將有光響應的Bi2WO6與有良好吸附能力的凹土進行復合制成ATP-Bi2WO6復合材料。凹土的摻入可以彌補Bi2WO6吸附能力弱和比表面積小帶來的限制,與純Bi2WO6相比,復合材料的吸附性和催化活性均得到顯著的提升。
  
  抗生素的濫用導致環境中有許多含抗生素的廢水,因此光催化降解抗生素也是一項有益于環境的重要研究。在研究催化劑對抗生素的普適性中,朱鵬飛等通過水熱法制備出Fe-Ni共摻雜ZnO-ATP復合材料。分別以諾氟沙星、鹽酸四環素、頭孢氨芐為模擬抗生素廢水進行光催化降解實驗,結果發現它們的降解率分別達到了90.63%、87.53%和83.86%。尤其是對諾氟沙星的可見光催化效率與紫外光催化效率幾乎一樣,說明了凹土復合催化劑具有優異的可見光光催化活性。
  
  此外,凹土復合材料在光催化固氮、脫硝、脫硫等研究中也有一定的應用。
  
  總的來說,凹土復合材料在光催化領域的應用多樣化,在廢水處理、氮能源的固定和氮硫氣體污染物的處理等方面均有相關的實驗研究。但是,這些研究大多停留在實驗室探索或初試階段,尚未在現實中得到廣泛應用。因此,凹土復合光催化劑的研究還需繼續探索與發展。而凹土資源的廣泛性與價格的低廉性也為凹土的進一步研究提供了便利。
  
  2、氣相催化領域
  
  其實,關于光催化脫硝脫硫等研究的應用也可以歸類于氣相催化反應,但除了光催化、氣相催化之外,凹土及其復合材料在其他氣體轉化研究中也占有至關重要的地位。
  
  在制備氫氣、一氧化碳等氣體能源的蒸氣重整實驗中,研究者通過浸漬法制備出Ni-Al2O3與Ni-ATP復合材料,并研究了兩種催化劑在乙酸蒸氣重整實驗中的不同之處。通過數據可知,在水碳物質的量比為1.5時,與Ni-Al2O3相比,Ni-ATP可以有效改善催化劑的失活現象。盡管凹土的熱穩定性比Al2O3的低,對乙酸蒸氣重整催化活性起到負作用,但Ni-ATP之間的相互作用遠小于Ni-Al2O3之間的相互作用,從而表現出比Ni-Al2O3更優異的催化活性,展現了凹土復合材料在蒸氣重整實驗中所具備的優勢。
  
  3、電催化領域
  
  電催化技術在水解制氫、降解水體污染物等反應中占據著重要的地位,其中電極材料是影響電催化性能的因素之一,因此尋找和制備合適的電極材料具有重要的研究意義。
  
  在不同的電極材料中,凹土復合型材料是近幾年發展起來的新材料。凹土自身雖然不具備導電性,但是凹土理想的載體性使其在復合電極材料的制備中具有一定的應用。例如,王元有等[33]將酸改性凹土與石墨粉進行復合制成電極,對電極進行表征可知摻入適量的凹土可以增大電極材料的峰電流,表明凹土復合電極可以增強對溶液的電催化性能。苯酚溶液平行測定的差分脈沖伏安圖也表明凹土復合電極具有良好的重現性,可在廢水的處理研究中大量應用。

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