长沙学院“光催化工程技术”创新团队是经湖南省教育厅批准《湘财教指[2010]70号文件》的第二批湖南省高校科技创新团队之一,2013年底以优秀结论通过了省教育厅组织的专家验收,并于2014年获得省教育厅的滚动经费支持。团队现有成员15人,其中教授3人,副教授3人,博士12人,湖南省“新世纪121人才工程”1人,湖南省“海外名师”1人,长沙市第四批学术技术带头人培养对象1人,湖南省青年骨干教师对象2人,具有海外研究经历3人,年龄在45岁以下的成员占总人数的76.2 %,是一支学历结构较为合理、富有朝气的研究团队。
主要研究方向:
1、连续多孔TiO2纤维的合成机理及应用基础研究
本方向主要开发一种制备具有新奇结构和良好物理化学性质的连续多孔TiO2纤维材料的新方法;揭示溶胶-凝胶技术制备连续氧化物纤维材料的基本规律,从基础化学的角度研究连续多孔TiO2纤维制备过程的基础科学问题;利用连续多孔TiO2纤维材料的可编织、易分离的特性、纳米多孔特性,为解决光催化技术的瓶颈问题提供全新的途径。
2、新型光催化材料的调控合成及性能研究
本方向通过探索制备AMO/TiO2(M= Ga,Al,In)异质多孔新型光催化材料的方法,揭示了自组装技术制备AMO/TiO2异质多孔新型光催化材料的基本规律,为成功控制合成AMO/TiO2异质多孔光催化材料提供理论指导和实验基础;通过寻找一类高量子效率、宽光谱响应新型光催化材料,分析AMO/TiO2异质多孔新型光催化材料的构效关系和异质界面特性,提出了含Ag多元氧化物复合TiO2孔材料光催化剂设计原则,为多相光催化领域的实际应用提供科学依据和技术保证。
3、光催化材料在净化室内空气和工业废水的应用基础研究
本方向一方面研究可用于室内空气净化的光催化实用化新技术,开发光触媒乳液、竹炭负载纳米TiO2和玻璃纤维负载纳米TiO2复合材料,以及炭雕等系列新产品,通过校企合作积极促进成果转化,从而为解决我国因室内装修而导致的日益严重的甲醛污染问题提供切实可行的技术和方案;另一方面,研究负载型光催化剂在废水处理中的应用基础研究,开发基于光催化处理废水中有机污染物和重金属离子的关键技术,为光催化技术处理该类废水提供有效途径。
研究成果:
1、纳米TiO2纤维的合成机理、性能及应用研究
以钛酸丁酯和RE2O3为原料制备稀土掺杂纳米TiO2纤维,系统研究了纳米TiO2复合纤维的最佳制备工艺和参数,发现了纳米TiO2复合纤维的形成机理以及关键工艺参数对TiO2纤维结构、比表面积、长径比和光催化性能的影响。研究成果为规模制备、可控合成特定形貌、尺寸和维度的钛基纳米结构材料奠定了基础。本成果获得湖南省自然科学三等奖。
2、具有光催化功能的空气净化新产品的研发与推广
开发了粒径5-10nm,高度分散,长期放置稳定不分层的纳米TiO2光触媒,为规模化工业生产奠定了基础;开发了具有可见光催化活性的纳米TiO2负载玻璃纤维,解决了粉状光催化剂因分离回收难而造成的应用瓶颈问题;开发了具有良好可见光催化活性的氮掺杂纳米TiO2负载竹炭,解决了竹炭产品只能吸附不能降解且易饱和失效的难题。经国家权威部门检测,相关产品对甲醛气体的降解率达到91%,对金黄葡萄球菌和大肠埃希菌的灭菌率达到100%,可广泛用于室内外空气净化和防霉抗菌等环保领域,在实际工程应用中取得了良好的效果。
3、水体中有机污染物的光催化高效处理技术
团队制备了一系列磁性纳米复合吸附剂,同时将纳米材料的独特性能运用到微生物固定化技术中,用于高效去除水体中的铜、锌、镉等重金属离子。同时,将纳米TiO2纤维运用于硝酸盐和高氯酸盐微污染水源水的预处理和高浓度有机废水的深度处理,均取得了较好的效果。