凹土复合型材料在催化领域的应用

凹土

凹凸棒土，简称凹土（ATP），是一种棒状或纤维状的水合镁铝硅酸盐矿物，广泛存在于江苏、安徽等地。凹土结构的特殊性和价格的低廉性等特点使凹土及其复合材料广泛应用于农业、工业、能源、建材、造纸、水处理等行业，具有广阔的发展前景。

凹土在矿物学上隶属于海泡石族，自然界中天然凹土的成分较为复杂，大的比表面积和高的表面活性等特点使凹土具有一定的吸附性能、载体性能和催化性能。

凹土复合型材料在催化领域的应用

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光催化领域

太阳能作为一种可持续能源，具有随时随地可用的特点。光催化正是通过利用太阳能进行催化反应的一项实验技术。自发现金属氧化物具有光催化活性以来，光催化技术一直在不断地发展与完善。然而单一的光催化剂在进行光催化反应时往往不能充分利用太阳能，在一定程度上限制了催化剂的应用，因此通常采用复合的方法进行互补来达到提高催化效率的目的。在可选择的材料中，凹土良好的载体性和吸附性使其成为制备复合型催化剂材料的选择之一。

凹土复合材料在光催化处理染料废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罗丹明B时，采用水热法将有光响应的Bi2WO6与有良好吸附能力的凹土进行复合制成ATP-Bi2WO6复合材料。凹土的掺入可以弥补Bi2WO6吸附能力弱和比表面积小带来的限制，与纯Bi2WO6相比，复合材料的吸附性和催化活性均得到显著的提升。

抗生素的滥用导致环境中有许多含抗生素的废水，因此光催化降解抗生素也是一项有益于环境的重要研究。在研究催化剂对抗生素的普适性中，朱鹏飞等通过水热法制备出Fe-Ni共掺杂ZnO-ATP复合材料。分别以诺氟沙星、盐酸四环素、头孢氨苄为模拟抗生素废水进行光催化降解实验，结果发现它们的降解率分别达到了90.63%、87.53%和83.86%。尤其是对诺氟沙星的可见光催化效率与紫外光催化效率几乎一样，说明了凹土复合催化剂具有优异的可见光光催化活性。

此外，凹土复合材料在光催化固氮、脱硝、脱硫等研究中也有一定的应用。

总的来说，凹土复合材料在光催化领域的应用多样化，在废水处理、氮能源的固定和氮硫气体污染物的处理等方面均有相关的实验研究。但是，这些研究大多停留在实验室探索或初试阶段，尚未在现实中得到广泛应用。因此，凹土复合光催化剂的研究还需继续探索与发展。而凹土资源的广泛性与价格的低廉性也为凹土的进一步研究提供了便利。

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气相催化领域

其实，关于光催化脱硝脱硫等研究的应用也可以归类于气相催化反应，但除了光催化、气相催化之外，凹土及其复合材料在其他气体转化研究中也占有至关重要的地位。

在制备氢气、一氧化碳等气体能源的蒸气重整实验中，研究者通过浸渍法制备出Ni-Al2O3与Ni-ATP复合材料，并研究了两种催化剂在乙酸蒸气重整实验中的不同之处。通过数据可知，在水碳物质的量比为1.5时，与Ni-Al2O3相比，Ni-ATP可以有效改善催化剂的失活现象。尽管凹土的热稳定性比Al2O3的低，对乙酸蒸气重整催化活性起到负作用，但Ni-ATP之间的相互作用远小于Ni-Al2O3之间的相互作用，从而表现出比Ni-Al2O3更优异的催化活性，展现了凹土复合材料在蒸气重整实验中所具备的优势。

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电催化领域

电催化技术在水解制氢、降解水体污染物等反应中占据着重要的地位，其中电极材料是影响电催化性能的因素之一，因此寻找和制备合适的电极材料具有重要的研究意义。

在不同的电极材料中，凹土复合型材料是近几年发展起来的新材料。凹土自身虽然不具备导电性，但是凹土理想的载体性使其在复合电极材料的制备中具有一定的应用。例如，王元有等[33]将酸改性凹土与石墨粉进行复合制成电极，对电极进行表征可知掺入适量的凹土可以增大电极材料的峰电流，表明凹土复合电极可以增强对溶液的电催化性能。苯酚溶液平行测定的差分脉冲伏安图也表明凹土复合电极具有良好的重现性，可在废水的处理研究中大量应用。

展望

研究者们在开发利用凹土的进程中结合凹土自身成本低、具有吸附性与催化性的优点，与其他材料进行复合，进一步拓宽了凹土的应用价值。例如，利用凹土的吸附性可以用来研究对重金属、有机污染物的吸附能力等，虽然相关研究仍处于实验室研究阶段，但是已有大量的研究成果被广泛刊载。然而，关于凹土及其复合材料在光催化领域的研究较少。凹土因其载体性、特殊的孔隙结构和优良的稳定性等特点，为研究者们在制备半导体光催化材料上提供了良好的催化剂载体，尤其是经过改性的凹土在这些方面的特点可以进一步得到提升。与半导体材料复合后，可以显著改善半导体自身光生载流子寿命短、易团聚、对污染物吸附能力弱等缺点，达到对催化剂光催化性质利用的最大化。此外，凹土不仅可以利用内部水分子为光催化进程提供良好的传递作用或直接的反应场所，还可以发挥其优良的吸附性和催化性，在光催化反应过程中产生协同作用。这些优点为研究者们利用凹土制备复合型光催化剂，并应用在光催化处理废水污染物（含环境激素、抗生素、重金属离子等）的研究上提供了优良的先决条件。

来源：马瑞霄等， 凹凸棒土复合材料在催化领域的应用现状

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