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如何在催化领域中应用钛白粉
作者: 进口颜料-精颜化工    日期: 2021-04-20 16:49    点击量:     文字大小:      
如何在催化领域中应用钛白粉
 
钛白粉
 
钛白粉学名为二氧化钛,是一种白色无机颜料,无毒、具有最佳的不透明性、最佳白度和光亮度,是目前世界上性能最好的一种白色颜料,广泛的应用于涂料、塑料、造纸、印刷油墨、化纤、橡胶、化妆品等行业。随着高新技术的发展,钛白粉的应用正在从传统行业向功能材料延伸,如超细颗粒、电子材料、光电催化剂、烟气脱硝以及加氢脱氮、脱硫催化剂等,特别是在催化领域中得到广泛的研究和应用。
 
1、二氧化钛光催化降解有机污染物
1972年人们发现二氧化钛单晶电极具有光分解水的功能以后,半导体的催化反应就吸引了人们的注意。1976年人们等报导了在紫外光照射下,钛白粉可将有机化合物多氯联苯脱氯进行降解,光催化的方法引起了广泛的关注。近几年来,光催化在环境方面的净化应用受到了人们的广泛关注。钛白粉作为半导体材料,其能带是不连续的,价带和导带之间存在一个禁带,其禁带宽度带隙能为数个电子伏特。
 
当用光子能量大于或等于禁带宽度的光照射半导体材料时,其价电子被激发,越过禁带进入导带,同时在价带上形成相应的空穴,即产生所谓电子—空穴对。在光催化的过程中,空穴具有极强的获取电子的能力TiO2价带上空穴氧化还原电位,能将水中的OH一和H2O分子转化为氧化能力和反应活性极强的羟基自由基OH,而吸附在TiO2表面的物质或溶剂中的游离氧则俘获电子形成O等活性极强的自由基,这些自由基都具有很强的化学活性,能与各种无机、有机污染物反应生成无毒无害的CO、H2O和无机物等。
 
太阳光中的紫外光能对TiO2半导体材料可以进行电子激发,从而产生氧化性很强的自由基,但太阳光中紫外光占的比例并不大,太阳光中紫外光能量仅占4%,因此为了更加有效地利用太阳光,研究在可见光下具有的高效光催化活性催化材料有着非常重要的意义。通过一些列的方法,如:染料光敏化、半导体复合、离子注入、金属和非金属掺杂、TiO2与H2O2复合等,使TiO2吸收波范围红移,充分利用太阳光中可见光部分对TiO2半导体的激发,增大TiO2的光谱吸收范围。
 
2、在烟气脱硝中的应用
电厂燃煤过程中产生的NOX是目前造成大气污染的主要污染源之一,因此关于烟气脱硫脱销的技术研究也成为环境领域的重点。TiO2作为一种光催化剂对NOX具有光催化氧化作用,当TiO2受到紫外线照射时所形成的具有氧化性的OH和O2自由基能将NOX中的NO和NO2分别氧化为NO2和NO3—。
 
选择性催化还原技术是目前应用及研究较多的烟气脱硝技术之一,国外SCR催化剂的研究和应用主要是V2O5-WO3(MoO3)/TiO2体系为主。催化反应原理是NH3快速吸附在催化剂表面的B酸活性点,与NOx按照Eley-Rideal机理反应,形成中间产物,分解成N2和H2O,在O2的存在下,催化剂的活性点很快得到恢复,继续下一个循环。
 
钛白粉为脱硝催化剂的载体,主要对催化剂活性组分及催化助剂起机械承载和抗磨蚀作用,并可增加有效的催化反应表面积及提供合适的孔结构,使催化剂具备适宜的形状。钒的氧化物在钛白粉表面有很好的分散度。由于载体有微弱的催化能力,它减少了催化剂活性组分的用量,降低了制备成本。钛白粉作为载体在催化剂中的质量含量是最大的,所以脱硝催化剂将会是钛白粉的又一大的应用领域。
 
3、在催化加氢中的应用
①在加氢脱硫、脱氮中的应用
随着原油中成分重组以及氮、硫和金属等有害成分的增加,油品中的硫和氮在燃烧过程中生成的硫氧化物和氮氧化物造成的环境污染,使油品脱硫、脱氮问题受到人们广泛的关注,催化加氢是油品脱硫、脱氮的重要手段,多年来加氢脱硫一直受到广泛关。然而,高氮含量重油和某些矿物燃料的加工处理已越来越受到重视,同时油品中的氮化物对HDS反应有较强的抑制作用,因此为了得到清洁的油品,同时研制具有HDS和加氢脱氮性能的催化剂成为了必然。
 
TiO2-A12O3复合氧化物结合了A12O3的高比表面积和TiO2优良的催化性能,A12O3具有较大的比表面积和孔容,并具有适宜的酸性中心,是良好的加氢催化剂载体。TiO2作为一种新型载体,具有酸度较强、同时具有B酸和L酸两种酸位以及可还原等优点,两者结合还能产生单独氧化物所不具备的独特的物理化学性能。
另外在催化剂的前期处理中不需预硫化,在反应物中硫含量不足时不需补硫,这不仅大大降低了固有成本,而且节省了使用费用,具有很好的工业应用前景。
 
②在N=O键和C=0键液相选择性加氢反应中的应用
N=O键和C=0键加氢是化工生产中的最重要的一个步骤,如芳香族胺化合物和不饱和醇的制备,由于反应物在含有N=O键和C=0键的同时通常还含有C=C键,且反应以液相体系加氢为主,因此选择合适的催化剂有一定难度。
 
TiO2具有很好的水热稳定性和耐酸碱性,能够在较苛刻的液相加氢反应中使用,同时活性金属组分与TiO2之间存在的相互作用可以促进炔烃及其他化合物中的炔键选择性加氢,因此,越来越多的研究者开始关注以TiO2为载体的催化剂在N=O键和C=0键液中相选择性加氢反应中的应用。
 
钛白粉作为半导体材料,具有很强的光催化活性,可作为光催化剂应用到有机污染物的降解之中,钛白粉中的杂质也可以起到掺杂的作用,使钛白粉吸收波范围扩大。同时钛白粉还是其它催化剂良好的载体,起到对催化剂的承载和助催化的作用,所以钛白粉在催化领域具有广阔的应用前景。
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