催化劑載體
catalyst carrier
又稱擔體（support）,是負載型催化劑的組成之一。催化活性組分擔載在載體表面上，載體主要用于支持活性組分，使催化劑具有特定的物理性狀，而載體本身一般并不具有催化活性。多數(shù)載體是催化劑工業(yè)中的產(chǎn)品，常用的有氧化鋁載體、硅膠載體、活性炭載體及某些天然產(chǎn)物如浮石、 硅藻土等。常用“活性組分名稱-載體名稱”來表明負載型催化劑的組成,如加氫用的鎳-氧化鋁催化劑、氧化用的氧化釩-硅藻土催化劑。
載體能使制成的催化劑具有合適的形狀、尺寸和機械強度，以符合工業(yè)反應(yīng)器的操作要求；載體可使活性組分分散在載體表面上,獲得較高的比表面積,提高單位質(zhì)量活性組分的催化效率。如將鉑負載于活性炭上。若用分子篩為載體，鉑可達到接近于原子級的分散度。載體還可阻止活性組分在使用過程中燒結(jié)，提高催化劑的耐熱性。對于某些強放熱反應(yīng)，載體使催化劑中的活性組分稀釋，以滿足熱平衡要求;良好熱導(dǎo)率的載體，如金屬、碳化硅等,有助于移去反應(yīng)熱，避免催化劑表面局部過熱。載體又可將某些原來用于均相反應(yīng)中的催化劑負載于固體載體上制成固體催化劑，如磷酸吸附在硅藻土中制成的[固體酸催化劑]，酶負載在載體上制成的固定化酶。
tio2光催化劑載體的作用主要體現(xiàn)在：
（1）固定tio2、防止流失、易于回收和提高tio2的利用率；
（2）增加tio2光催化劑整體的比表面積；
（3）提高光催化活性。因為某些載體可與tio2發(fā)生相互作用，有利于e－h(huán)＋的分離并增加對反應(yīng)物的吸附，同時實現(xiàn)載體的再生；
（4）提高光源利用率。如將tio2制成薄膜后，化劑表面受到光照射的催化劑粒子數(shù)目增加；
（5）將催化劑用載體固定，便于制成各種形狀的光催化反應(yīng)器。
光催化劑載體首先要求能改善所擔載的物質(zhì)的組織結(jié)構(gòu)（如增加孔隙、表面積等），同時由于光催化劑是靠光和催化劑的結(jié)合來發(fā)揮催化作用的，只有被光激活的催化劑才具有光催化效果。因此，良好的光催化劑載體應(yīng)具有以下特點：具有良好的透光性；在不影響tio2催化活性的前提下，與tio2顆粒間具有較強的結(jié)合力；比表面積大；對被降解的污染物有較強吸附性；易于固液分離；有利于固－液傳質(zhì)；化學惰性等。
目前，國內(nèi)外研究較多的催化劑載體有：sio2，al2o3、玻璃纖維網(wǎng)（布）、空心陶瓷球、海砂、層狀石墨、空心玻璃珠、石英玻璃管（片）、普通（導(dǎo)電）玻璃片、有機玻璃、光導(dǎo)纖維、天然粘土、泡沫塑料、樹脂、木屑、膨脹珍珠巖、活性炭等。
（1）天然礦物類：天然礦物類物質(zhì)本身具有一定的吸附性和催化活性，且耐高溫，耐酸堿，常被用作催化劑的載體。目前已被用作tio2載體的有硅藻土、高嶺土、天然浮石和膨脹珍珠巖等。劉勛等研究了幾種不同天然礦物（硅藻土、蛭石、高嶺土、膨潤土、硅灰石和海泡石）與納米tio2的復(fù)合。結(jié)果表明，在6種天然礦物所制得的復(fù)合材料中，以海泡石光催化降解效率最高，作用6h后，對甲基橙光降解率達到98%。其次是硅藻土和硅灰石，分別達到87%和85% 。且光催化降解效率與天然礦物吸附能力呈一一對應(yīng)關(guān)系。陳愛平等以輕質(zhì)絕熱保溫建筑材料膨脹珍珠巖作載體，制得了能長時間漂浮于水面的納米tio2負載型光催化劑，用于水面浮油的太陽光光催化降解。周波等采用天然浮石為載體負載tio2作光催化劑，利用高壓汞燈為光源對有機磷農(nóng)藥的光催化降解進行了研究。結(jié)果表明，濃度為1.2×10－4 mol·l－1的農(nóng)藥光照2h左右可完全被光催化氧化為po4。
（2）吸附劑類：這類載體為多孔性物質(zhì)，比表面積較大，是使用最為廣泛的一類載體。用作負載tio2的吸附劑類載體主要有活性炭、硅膠、多孔分子篩等。吸附劑類載體可以獲得較大的負載量，可以將有機物吸附到tio2粒子周圍，增加界面濃度，從而加快反應(yīng)速度。崔鵬等將活性炭負載到tio2膜作為光催化劑對甲基橙水溶液進行了光催化降解試驗。結(jié)果表明，與商品化的tio2微粉光催化劑的降解性能相比，其降解速率較高，由于tio2/c光催化劑中活性炭良好的吸附性能，使得光催化反應(yīng)體系內(nèi)產(chǎn)生了吸附－反應(yīng)－分離的一體化行為，提高了光催化速率。國外的v.m.gunk等研究表明，在不同負載量下，tio2在硅膠表面均沒有形成連續(xù)涂層；tio2和sio2之間的作用力包括氫鍵、靜電力和少量的si－o－ti鍵，sio2抑制了tio2從銳鈦型向金紅石型的相變。國內(nèi)的鄭光濤等采用溶膠－凝膠法將改性后的高效tio2光催化劑負載于球形硅膠上，得到了具有混晶結(jié)構(gòu)、大比表面積、高活性的納米tio2光催化劑。負載后的催化劑在紫外區(qū)具有強的吸收，比表面積達到379.8m·g－1。鄭珊等合成了tio2呈單層分散或雙層分散狀2態(tài)的多孔分子篩mcm－41。結(jié)果表明，負載后，mcm－41孔道表面的sio2以化學鍵相連生成si－o－ti鍵。
（3）玻璃類：玻璃價廉易得，具有良好的透光性，便于設(shè)計成各種形狀，引起了研究者的重視。用于tio2光催化劑的載體有玻璃片、玻璃纖維網(wǎng)（布）、空 心玻璃珠、玻璃螺旋管、玻璃筒、石英玻璃管（片）、普通（導(dǎo)電）玻璃片、有機玻璃等。張新英等以空心玻璃微球為載體，用溶膠－凝膠法制備負載型復(fù)合光催化劑，所得催化劑可以漂浮在水面上，便于回收和重新利用。
（4）陶瓷類：陶瓷也是一種多孔性物質(zhì)，對tio2顆粒具有良好的附著性，耐酸堿性和耐高溫性較好，也可用作催化劑載體。若在日常使用的陶瓷上負載tio2，可以制成具有良好自潔功能的陶瓷，起到凈化環(huán)境的作用。賀飛等采用溶膠－凝膠法，在自制的陶瓷釉體表面制得粒徑大小為40～100nm的tio2晶粒。它緊密結(jié)合，形成透明均一無“彩虹效應(yīng)”的tio2光催化薄膜型自潔功能陶瓷，具有超級親水性和去污功能。
（5）有機類：由于tio2在陽光下能光催化氧化降解有機物，所以一般不用有機材料做載體。而某些高分子聚合物，如飽和的碳鏈聚合物或氟聚合物，有較強的抗氧化能力，所以也可以用于負載型tio2的研究。但由于·oh-，·o2-的強氧化性，這些高分子聚合物載體只能在短期內(nèi)使用。目前，用于負載tio2的高分子聚合物載體有：聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯、聚丙烯、abs，nafion薄膜等。劉平等研究認為，tio2粒子的形成與長大均限制在nafion的微小孔籠中，粒子形成過程所需的物質(zhì)傳遞也僅能通過小通道進行；在該實驗的合成條件下，tio2晶體大小僅取決于nafion孔籠直徑。
此外，在載體選擇時，必須對效率、催化活性、催化劑負載的牢固性、使用壽命、價格等作綜合考慮。