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催化劑又稱觸媒,一類能改變化學反應速度而在反應中自身並不消耗的物質。根據IUPAC於1981年提出的定義,催化劑是一種物質,它能夠改變反應的速率而不改變該反應的標準Gibbs自由焓變化。這種作用稱為催化作用。涉及催化劑的反應為催化反應。

1 催化劑 -概述

催化劑又稱觸媒,一類能改變化學反應速度而在反應中自身並不消耗的物質。根據IUPAC於1981年提出的定義,催化劑是一種物質,它能夠改變反應的速率而不改變該反應的標準Gibbs自由焓變化。這種作用稱為催化作用。涉及催化劑的反應為催化反應。其作用通常是加速反應,例如鐵催化劑可使氮和氫轉變為氨的反應大為加速,使合成氨工業成為可能。若其作用是使反應減速,則稱負催化劑,如少量醇、酚或蔗糖可抑制亞硫酸鈉溶液被溶於水中的氧所氧化。催化劑可以是氣態物質(如氧化氮)、液態物質(如酸、鹼、鹽溶液)或固態物質(如金屬、金屬氧化物),還有些以膠體狀態存在(如生物體內的酶)。在催化劑工業中,主要產品是固體催化劑。


2 催化劑 -化學性能

一種催化劑可使特定的反應循阻力較小的途徑進行,降低所需的活化能,從而使反應加速。例如圖中虛線表示反應物循非催化反應途徑轉變成產物,活化能為E。當存在某種固體催化劑時,其反應途徑如實線所示:第一步,反應物與催化劑作用,變成吸附態的反應物,活化能為E1;第二步,吸附態的反應物轉變成吸附態的產物,活化能為E2;第三步,吸附態的產物脫附,變成產物並釋放出催化劑,活化能為E3。雖然這兩條途徑的結果相同,但在催化反應途徑中,各步驟的活化能均小於非催化反應途徑的活化能,故阻力較小,反應加速。在催化反應途徑中,催化劑雖然參與反應,但經歷特定的循環后重新被釋放出來,此循環過程稱催化循環。負催化劑的作用通常是能毒化反應系統中原有的催化劑或截斷反應鏈。

催化劑催化劑


一種催化劑只能選擇性地加速某一或某些特定的化學反應,意即同一催化劑對於不同的反應具有不同的催化活性,稱催化劑選擇性。利用催化劑對反應的選擇性來控制原料的化學轉變方向,在化學工業中有重要意義。

在可逆反應中,對於正、逆反應的速度,催化劑是以同樣的倍率產生影響的。所以催化劑雖然能加速化學反應,

催化劑催化劑
但它不能改變化學平衡常數,只能影響反應向平衡狀態推進的速度。例如鉑、鈀催化劑可使苯加氫轉變為環己烷,但在有利於脫氫反應的熱力學條件下,它們亦可使環己烷脫氫成苯。

催化劑在使用過程中,因某些物理和化學作用破壞了催化劑原有的組織和構造,催化劑會降低或喪失活性,這種現象稱為催化劑衰退或催化劑失活。例如反應物中的某些雜質與催化劑作用或覆蓋於催化劑表面,會使催化劑中毒,導致催化劑衰退。有些催化劑失活后可以用特定的方法處理,使催化劑再生,重新恢復催化活性;有些催化劑失活后不能再生。但所有的催化劑都有一定的使用期限,稱催化劑壽命。

3 催化劑 -類型概述

催化劑催化劑

催化劑有三種類型,它們是:均相催化劑、多相催化劑和生物催化劑。
均相催化劑和它們催化的反應物處於同一種物態(固態、液態、或者氣態)。例如:如果反應物是氣體,那麼催化劑也會是一種氣體。笑氣(四氧化二氮)是一種惰性氣體,被用來作為麻醉劑。然而,當它與氯氣和日光發生反應時,就會分解成氮氣和氧氣。這時,氯氣就是一種均相催化劑,它把本來很穩定的笑氣分解成了組成元素。

多相催化劑和它們催化的反應物處於不同的狀態。例如:在生產人造黃油時,通過固態鎳(催化劑),能夠把不飽和的植物油和氫氣轉變成飽和的脂肪。固態鎳是一種多相催化劑,被它催化的反應物則是液態(植物油)和氣態(氫氣)。
酶是生物催化劑。活的生物體利用它們來加速體內的化學反應。如果沒有酶,生物體內的許多化學反應就會進行得很慢,難以維持生命。大約在37℃的溫度中(人體的溫度),酶的工作狀態是最佳的。如果溫度高於50℃或60℃,酶就會被破壞掉而不能再發生作用。因此,利用酶來分解衣物上的污漬的生物洗滌劑,在低溫下使用最有效。

催化劑分均相催化劑與非均相催化劑。非均相催化劑呈現在不同相(Phase)的反應中(例如:固態催化劑在液態混合反應),而均相催化劑則是呈現在同一相的反應(例如:液態催化劑在液態混合反應)。一個簡易的非均相催化反應包含了反應物(或zh-ch:底物;zh-tw:受質)吸附在催化劑的表面,反應物內的鍵因十分的脆弱而導致新的鍵產生,但又因產物與催化劑間的鍵並不牢固,而使產物出現。目前已知許多表反應發生吸附反應的不同可能性的結構位置。
僅僅由於本身的存在就能加快或減慢化學反應速率,而本身的組成和質量並不改變的物質就叫催化劑。催化劑跟反應物同處於均勻的氣相或液相時,叫做單相催化作用;催化劑跟反應物屬不同相時,叫做多相催化作用。

4 催化劑 -組成成分

在某些反應中,單一的元素或化合物可作為催化劑;但在多數場合為了使催化劑具備特定的性能,常由幾種成分配合而成。各種組分按作用的不同可分為催化活性組分、助催化劑、催化劑載體等。活性組分是使催化劑具備活性所必需的成分,例如催化加氫用的鎳-硅藻土催化劑中的鎳、氨合成用的Fe-K2O-Al2O3催化劑中的鐵。固體催化劑是藉助其表面與作用物接觸才發生催化作用的,故多數為具有較高比表面積的物質。但並非固體的全部表面均具有催化活性,具有活性的部分稱為催化活性中心或活性位。活性中心的組成、構造及其生成和破壞,在催化理論和實踐中均具有重要意義。助催化劑是一類能改善活性組分的催化性能的物質。為了提高活性組分的分散度和利用率,並使催化劑具有一定的形狀,許多固體催化劑中的活性組分是載於載體上的,如鎳-硅藻土催化劑中的硅藻土即為載體。在有些工業催化劑配方中,還需要加入具有其他作用的組分,如在固體催化劑中加入提高機械強度用的粘結劑。
催化劑

分類按來源可分為生物催化劑和非生物催化劑。後者是目前大多數的工業催化劑,它們都是由人工合成的,是具有特定組成和結構的製品,多數固體催化劑還具有特定的形狀。工業催化劑有兩種分類法(見表):①按材質分類。由於活性組分為催化劑的關鍵組分,可按活性組分的化合狀態將固體催化劑材料分類,目前主要有金屬催化劑、金屬氧化物催化劑、硫化物催化劑、酸鹼催化劑和絡合催化劑等。②按功能分類。按所催化的反應過程來分類,例如用於加氫的催化劑稱為加氫催化劑。此外,還有按使用領域分類的,例如石油化工催化劑、石油煉製催化劑、無機化工催化劑、環境保護催化劑等。

除直接促進化學反應的催化劑外,還有一類稱相轉移催化劑,具有加速不同相間物質傳遞的功能。在分為兩相的液相反應中利用相轉移催化劑可縮短反應時間,它們多數為季銨鹽。例如在從甲酚和氧氯化磷合成甲酚磷酸酯時可用氯化十六烷基·甲基銨作為相轉移催化劑。

5 催化劑 -作用機理

由於催化劑對反應有嚴格的選擇性,催化劑的應用有很強的專一性。對於催化劑的作用機理已進行了許多研究,有
助於對催化劑的選擇。催化劑的作用機理可分三類。①離子型反應機理。可從廣義的酸、鹼概念來理解催化劑的作用,所用的催化劑多數為酸、鹼、鹽類,如氧化鋁,硅酸鋁等。多數為非過渡元素的化合物,具有催化裂化、異構化、烷基化、水合、脫水等反應的功能。②自由基型反應機理。催化劑與反應物間因氧化-還原作用而使後者活化,在反應過程中涉及催化劑元素的價態變化,所用催化劑的材質多數為金屬、金屬氧化物、金屬硫化物,如

催化劑催化劑

鎳、鉑、氧化釩、氧化鉻、硫化鉬等。它們多數是過渡元素及其化合物,具有催化加氫、脫氫、氧化等反應的功能。③絡合反應機理。催化劑與反應物發生配位作用而使後者活化,所用的催化劑稱絡合催化劑。

選擇催化劑的另一途徑是選用具有同類功能的已知催化劑,例如已知鎳為乙烯加氫催化劑,可以試用作丙烯的加氫催化劑。但由於反應的差異和催化劑的專一性,必須用實驗加以驗證。

有些化學過程的結果,是幾種不同反應機理的反應總和,要求幾種催化活性組分加以配合,以具有多種功能,稱多功能催化劑。例如催化重整所用催化劑中的鉑對加氫、脫氫有催化功能,氧化鋁對異構化有催化功能。

在選擇催化劑時還必須注意:催化劑的性能不僅取決於其活性組分,而且是各種成分的性質及其相互影響的總和,此外還必須考慮其對反應裝置、反應工藝的適應性。

6 催化劑 -應用分析

人們利用催化劑,可以提高化學反應的速度,這被稱為催化反應。大多數催化劑都只能加速某一種化學反應,或者某一類化學反應,而不能被用來加速所有的化學反應。催化劑並不會在化學反應中被消耗掉。不管是反應前還是反應后,它們都能夠從反應物中被分離出來。不過,它們有可能會在反應的某一個階段中被消耗,然後在整個反應結束之前又重新產生。

鈀催化劑鈀催化劑

使化學反應加快的催化劑,叫做正催化劑;使化學反應減慢的催化劑,叫做負催化劑。例如,酯和多糖的水解,常用無機酸作正催化劑;二氧化硫氧化為三氧化硫,常用五氧化二釩作正催化劑,這種催化劑是固體,反應物為氣體,形成多相的催化作用,因此,五氧化二釩也叫做觸媒或接觸劑;

食用油脂里加入0.01%~0.02%沒食子酸正丙酯,就可以有效地防止酸敗,在這裡,沒食子酸正丙酯是一種負催化劑(也叫做緩化劑或抑製劑)。

目前,對催化劑的作用還沒有完全弄清楚。在大多數情況下,人們認為催化劑本身和反應物一起參加了化學反應,降低了反應所需要的活化能。有些催化反應是由於形成了很容易分解的「中間產物」,分解時催化劑恢復了原來的化學組成,原反應物就變成了生成物。有些催化反應是由於吸附作用,吸附作用僅能在催化劑表面最活潑的區域(叫做活性中心)進行。活性中心的區域越大或越多,催化劑的活性就越強。反應物里如有雜質,可能使催化劑的活性減弱或失去,這種現象叫做催化劑的中毒。

催化劑對化學反應速率的影響非常大,有的催化劑可以使化學反應速率加快到幾百萬倍以上。催化劑一般具有選擇性,它僅能使某一反應或某一類型的反應加速進行。例如,加熱時,甲酸發生分解反應,一半進行脫水,一半進行脫氫:

HCOOH=H2O+CO↑

HCOOH=H2↑+CO2

如果用固體Al2O3作催化劑,則只有脫水反應發生;如果用固體ZnO作催化劑,則脫氫反應單獨進行。這種現象說明,不同性質的催化劑只能各自加速特定類型的化學反應過程。因此,我們利用催化劑的選擇性,可使化學反應主要向某一方向進行。

在催化反應里,人們往往加入催化劑以外的另一物質,以增強催化劑的催化作用,這種物質叫做助催化劑。助催化劑在化學工業上極為重要。例如,在合成氨的鐵催化劑里加入少量的鋁和鉀的氧化物作為助催化劑,可以大大提高催化劑的催化作用。

催化劑在現代化學工業中佔有極其重要的地位,現在幾乎有半數以上的化工產品,在生產過程里都採用催化劑。例如,合成氨生產採用鐵催化劑,硫酸生產採用釩催化劑,乙烯的聚合以及用丁二烯制橡膠等三大合成材料的生產中,都採用不同的催化劑。

酶,是植物、動物和微生物產生的具有催化能力的蛋白質,舊稱酵素。生物體的化學反應幾乎都在酶的催化作用下進行。酶的催化作用同樣具有選擇性。例如,澱粉酶催化澱粉水解為糊精和麥芽糖,蛋白酶催化蛋白質水解成肽等。酶在生理學、醫學、農業、工業等方面,都有重大意義。目前,酶製劑的應用日益廣泛。

7 催化劑 -製造方法

製造催化劑的每一種方法,實際上都是由一系列的操作單元組合而成。為了方便,人們把其中關鍵而具特色的操作單元的名稱定為製造方法的名稱。傳統的方法有機械混合法、沉澱法、浸漬法、溶液蒸干法、熱熔融法、浸溶法(瀝濾法)、離子交換法等,近十年來發展的新方法有化學鍵合法、纖維化法等。

機械混合法

將兩種以上的物質加入混合設備內混合。此法簡單易行,例如轉化-吸收型脫硫劑的製造,是將活性組分(如二氧化錳、氧化鋅、碳酸鋅)與少量粘結劑(如氧化鎂、氧化鈣)的粉料計量連續加入一個可調節轉速和傾斜度的轉盤中,同時噴入計量的水。粉料滾動混合粘結,形成均勻直徑的球體,此球體再經乾燥、焙燒即為成品。乙苯脫氫制苯乙烯的Fe-Cr-K-O催化劑,是由氧化鐵、鉻酸鉀等固體粉末混合壓片成型、焙燒製成的。利用此法時應重視粉料的粒度和物理性質。

沉澱法

此法用於製造要求分散度高並含有一種或多種金屬氧化物的催化劑。在製造多組分催化劑時,適宜的沉澱條件對於保證產物組成的均勻性和製造優質催化劑非常重要。通常的方法是在一種或多種金屬鹽溶液中加入沉澱劑(如碳酸鈉、氫氧化鈣),經沉澱、洗滌、過濾、乾燥、成型、焙燒(或活化),即得最終產品。如果在沉澱桶內放入不溶物質(如硅藻土),使金屬氧化物或碳酸鹽附著在此不溶物質上沉澱,則稱為附著沉澱法。沉澱法需要高效的過濾洗滌設備,以節約水,避免漏料損失。

浸漬法

將具有高孔隙率的載體(如硅藻土、氧化鋁、活性炭等)浸入含有一種或多種金屬離子的溶液中,保持一定的溫度,溶液進入載體的孔隙中。將載體瀝干,經乾燥、煅燒,載體內表面上即附著一層所需的固態金屬氧化物或其鹽類(圖1)。浸漬法可使催化活性組分高度分散,並均勻分佈在載體表面上,在催化過程中得到充分利用。製備含貴金屬(如鉑、金、鋨、銥等)的催化劑常用此法,其金屬含量通常在 1%以下。製備價格較貴的鎳系、鈷系催化劑也常用此法,其所用載體多數已成型,故載體的形狀即催化劑的形狀。另有一種方法是將球狀載體裝入可調速的轉鼓(圖2)內,然後噴入含活性組分的溶液或漿料,使之浸入載體中,或塗覆於載體表面。

噴霧蒸干法

  用於制顆粒直徑為數十微米至數百微米的流化床用催化劑。如間二甲苯流化床氨化氧化制間二甲腈催化劑的製造,先將給定濃度和體積的偏釩酸鹽和鉻鹽水溶液充分混合,再與定量新制的硅凝膠混合,泵入噴霧乾燥器內,經噴頭霧化后,水分在熱氣流作用下蒸干,物料形成微球催化劑,從噴霧乾燥器底部連續引出。

熱熔融法

  熱熔融法是製備某些催化劑的特殊方法,適用於少數不得不經過熔煉過程的催化劑,為的是藉助高溫條件將各個組分熔煉稱為均勻分佈的混合物,配合必要的後續加工,可製得性能優異的催化劑。這類催化劑常有高的強度、活性、熱穩定性和很長的使用壽命。主要用於製造氨合成所用的鐵催化劑。將精選磁鐵礦與有關的原料在高溫下熔融、冷卻、破碎、篩分,然後在反應器中還原。

浸溶法

從多組分體系中,用適當的液態藥劑(或水)抽去部分物質,製成具有多孔結構的催化劑。例如骨架鎳催化劑的製造,將定量的鎳和鋁在電爐內熔融,熔料冷卻后成為合金。將合金破碎成小顆粒,用氫氧化鈉水溶液浸泡,大部分鋁被溶出(生成偏鋁酸鈉),即形成多孔的高活性骨架鎳。

離子交換法

某些晶體物質(如合成沸石分子篩)的金屬陽離子(如Na)可與其他陽離子交換。 將其投入含有其他金屬(如稀土族元素和某些貴金屬)離子的溶液中,在控制的濃度、溫度、pH條件下,使其他金屬離子與 Na進行交換。由於離子交換反應發生在交換劑表面,可使貴金屬鉑、鈀等以原子狀態分散在有限的交換基團上,從而得到充分利用。此法常用於製備裂化催化劑,如稀土-分子篩催化劑。

發展中的新方法

①化學鍵合法。近十年來此法大量用於製造聚合催化劑。其目的是使均相催化劑固態化。能與過渡金屬絡合物化學鍵合的載體,表面有某些官能團(或經化學處理後接上官能團),如-X、-CH2X、-OH基團。將這類載體與膦、胂或胺反應,使之膦化、胂化或胺化,然後利用表面上磷、砷或氮原子的孤電子對與過渡金屬絡合物中心金屬離子進行配位絡合,即可製得化學鍵合的固相催化劑,如丙烯本體液相聚合用的載體──齊格勒-納塔催化劑的製造。

②纖維化法。用於含貴金屬的載體催化劑的製造。如將硼硅酸鹽拉製成玻璃纖維絲,用濃鹽酸溶液腐蝕,變成多孔玻璃纖維載體,再用氯鉑酸溶液浸漬,使其載以鉑組分。根據實用情況,將纖維催化劑壓製成各種形狀和所需的緊密程度,如用於汽車排氣氧化的催化劑,可壓緊在一個短的圓管內。如果不是氧化過程,也可用碳纖維。纖維催化劑的製造工藝較複雜,成本高。

8 催化劑 -使用和發展

催化劑用量很少,一定要選用得當,最好使用混合型催化劑。無機酸、鹼、鹽催化劑都有一定的腐蝕性和毒害性;有機類催化劑多數易燃,甚至有爆炸性,還有毒性,像三氟化硼一乙醚絡合物屬劇毒物,在處理、儲存和使用時都要注意安全。     

催化劑的發展應是高效化、低腐蝕化、納米化、環保化。高效可以用量更少,低腐蝕可減少對設備的損害,納米化可使金屬氧化物催化劑效率更高,環保化有益於健康和環境友好。

9 催化劑 -催化劑的發展過程

第一個催化劑生產車間是永利錏廠觸媒部,1959年改名南京化學工業公司催化劑廠。於1950年開始生產AI型合成氨催化劑、C-2型一氧化碳高溫變換催化劑和用於二氧化硫氧化的Ⅵ型釩催化劑,以後逐步配齊了合成氨工業所需各種催化劑的生產。80年代中國開始生產天然氣及輕油蒸汽轉化的負載型鎳催化劑。至1984年已有40多個單位生產硫酸、硝酸、合成氨工業用的催化劑。 
  為發展燃料化工,50年代初期,石油三廠開始生產頁岩油加氫用的硫化鉬 -白土、硫化鎢-活性炭、硫化鎢-白土及純硫化鎢、硫化鉬催化劑。石油六廠開始生產費托合成用的鈷系催化劑,1960年起生產疊合用的磷酸-硅藻土催化劑。60年代初期,中國開發了豐富的石油資源,開始發展石油煉製催化劑的工業生產。當時,石油裂化催化劑最先在蘭州煉油廠生產,1964年小球硅鋁催化劑廠建成投產。70年代中國開始生產稀土-X型分子篩和稀土-Y型分子篩。70年代末在長嶺煉油廠催化劑廠,開始生產共膠法硅鋁載體稀土-Y型分子篩,以後在齊魯石化公司催化劑廠開始生產高堆比、耐磨半合成稀土-Y型分子篩。60年代起中國即開始發展重整催化劑,60年代中期石油三廠開始生產鉑催化劑,70 年代先後生產出雙金屬鉑-錸催化劑及多金屬重整催化劑。在加氫精制方面,60年代石油三廠開始生產鉬-鈷及鉬-鎳重整預加氫催化劑。70年代開始生產鉬-鈷-鎳低壓預加氫催化劑,80年代開始生產三葉形的加氫精制催化劑。 
  為發展有機化學工業,50年代末至60年代初開始製造乙苯脫氫用的鐵系催化劑,乙炔加氯化氫制氯乙烯的氯化汞/活性炭催化劑,流化床中萘氧化制苯酐用的氧化釩催化劑,以及加氫用的骨架鎳催化劑等。60年代中期為適應中國石油化工發展的需要,新生產的催化劑品種迅速增多,至80年代已生產多種精製烯烴的選擇性加氫催化劑,並開始生產丙烯氨化氧化用的微球型氧化物催化劑,乙烯與醋酸氧化制醋酸乙烯酯的負載型金屬催化劑,高效烯烴聚合催化劑以及治理工業廢氣的蜂窩狀催化劑等。


催化劑載體

    目前,國內外研究較多的催化劑載體有:SiO2,Al2O3、玻璃纖維網(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(導電)玻璃片、有機玻璃、光導纖維、天然粘土、泡沫塑料、樹脂、木屑、膨脹珍珠岩、活性炭等。
天然礦物類
    天然礦物類物質本身具有一定的吸附性和催化活性,且耐高溫,耐酸鹼,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岩等。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的複合。結果表明,在6種天然礦物所製得的複合材料中,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關係。陳愛平等以輕質絕熱保溫建築材料膨脹珍珠岩作載體,製得了能長時間漂浮於水面的納米TiO2負載型光催化劑,用於水面浮油的太陽光光催化降解。周波等採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藥的光催化降解進行了研究。結果表明,濃度為1.2×10-4 mol•L-1的農藥光照2h左右可完全被光催化氧化為PO4。
吸附劑類
    這類載體為多孔性物質,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,由於TiO2/C光催化劑中活性炭良好的吸附性能,使得光催化反應體系內產生了吸附-反應-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塗層;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。國內的鄭光濤等採用溶膠-凝膠法將改性后的高效TiO2光催化劑負載於球形硅膠上,得到了具有混晶結構、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態的多孔分子篩MCM-41。結果表明,負載后,MCM-41孔道表面的SiO2以化學鍵相連生成Si-O-Ti鍵。
玻璃類
    玻璃價廉易得,具有良好的透光性,便於設計成各種形狀,引起了研究者的重視。用於TiO2光催化劑的載體有玻璃片、玻璃纖維網(布)、空 心玻璃珠、玻璃螺旋管、玻璃筒、石英玻璃管(片)、普通(導電)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-凝膠法製備負載型複合光催化劑,所得催化劑可以漂浮在水面上,便於回收和重新利用。
陶瓷類
    陶瓷也是一種多孔性物質,對TiO2顆粒具有良好的附著性,耐酸鹼性和耐高溫性較好,也可用作催化劑載體。若在日常使用的陶瓷上負載TiO2,可以製成具有良好自潔功能的陶瓷,起到凈化環境的作用。賀飛等採用溶膠-凝膠法,在自製的陶瓷釉體表面製得粒徑大小為40~100nm的TiO2晶粒。它緊密結合,形成透明均一無「彩虹效應」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。
有機類
    由於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,所以也可以用於負載型TiO2的研究。但由於•OH-,•O2-的強氧化性,這些高分子聚合物載體只能在短期內使用。目前,用於負載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晶體大小僅取決於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。

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