让钛白粉光催化剂“重生”的纳米材料

二氧化钛（TiO2），工业上俗称，钛白粉，也是一种典型的半导体光催化剂。碳酸钙（CaCO3）是常见的无机非金属粉体，用途广泛的填充剂。将碳酸钙颗粒作为载体负载纳米TiO2制备复合光催化剂（CAT-CC），可通过降低TiO2粒径和提高颗粒分散性而提升功能作用，并实现纳米TiO2应用回收和循环利用，同时提高碳酸钙的利用价值。

01纳米TiO2光催化技术

光催化技术是治理水污染和环境修复的理想途径之一，而优化光催化剂使用条件，充分发挥催化剂的功能作用，实现催化剂减量、降低催化剂成本等相关研究，对促进经济发展和环境保护具有重要意义。

纳米TiO2具有无毒、无污染、性质稳定等特点，是目前研究和应用最广泛的半导体光催化材料。有研究表明，纳米TiO2可以在紫外线的照射下迅速降解自然环境中3000多种难降解的有机化合物，对水体污染治理和复杂生态系统修复有重要作用。

但纳米TiO2也存在应用瓶颈，有几个重要的缺陷需要弥补。

例如，纳米TiO2表面能高，极易团聚，导致比表面积降低和活性位点减少，从而使光催化活性不能有效发挥；纳米TiO2电子-空穴对寿命短，循环利用率低；纳米TiO2在水体中使用时流失严重，回收困难。

为了突破纳米TiO2在光催化领域的应用难题，人们在负载型TiO2光催化材料方面进行了大量的研究。

02纳米TiO2光催化剂载体分类

载体光催化剂载体可分为无机和有机两种类型，其中无机载体最为常见，包括玻璃类、金属类和吸附剂类载体。玻璃类载体化学稳定性强，透光性好，且可以根据需要加工成各种形状的反应器。吸附剂类载体常见的有碳材料、非金属矿物材料以及陶瓷、硅胶等。

吸附剂类载体可通过吸附作用对废水中的污染物进行富集，提高催化剂的光催化活性。金属类载体具有耐高温、耐腐蚀的特点，常见的金属载体有多孔钛、钛网、不锈钢等。由于有机物能被TiO2光催化降解，所以有机载体的应用受到了限制。

03纳米CaCO3-TiO2光催化剂复合材料

纳米碳酸钙，制备技术相对成熟，产品具有纯度高、白度高、比表面积大等特点，在磁性及催化性方面具备巨大优势。从CAT-CC复合光催化材料内部的微观结构分析，纳米CaCO3做纳米TiO2的载体是很成功的。

TiO2能在CaCO3表面均匀负载，使自身分散性提高，增加活性位点和光吸收面积；TiO2与CaCO3在界面处形成化学键合，使TiO2的光生电子形成新的传输通道，进而提高光生电子和空穴的分离效率；在CAT-CC中，纳米TiO2和CaCO3因发生表面化学键合而牢固结合，阻止了TiO2降解水中污染物时的流失，并易于从水中通过沉降进行回收和循环利用，从而降低TiO2用量和使用成本。