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日益紧缺的淡水资源使人们意识到珍惜水、节约水的重要性,污水处理技术和净水技术因此得到了快速发展。其中,光催化氧化技术以清洁可持续的太阳能为动力,既能较为完全地绿色降解有机物,又能杀灭大多数水中的微生物,引起了研究者的广泛兴趣。作为半导体光催化剂的代表——TiO2,凭借化学稳定性、耐久性、无毒副作用、价格廉价等优点,在环保、卫生和能源等领域具有广阔的应用前景。但在实际应用过程中,颗粒状光催化剂,尤其是纳米级催化剂,易发生团聚而降低光催化活性且使用后难以回收利用。负载型光催化剂或薄膜/涂层形式的光催化剂虽能有效避免回收利用问题,但其制备工艺或涂层性能限制其规模化、工业化进程。基于解决颗粒状催化剂回收利用的目的,本文借助悬浮液等离子喷涂技术,以TiO2纳米颗粒和磁性Fe3O4纳米颗粒为原料,制备出具有中空结构的TiO2微球颗粒和TiO2-Fe3O4复合微球颗粒。颗粒粒径为10~60μm,中空球球壳厚度约占颗粒直径的1/30~1/5,内部中空体积较大,减小了粉末密度,增加了颗粒比表面积。粉末中残留有部分有机物(PVP和PEG),它们有利于维持颗粒形貌并在中空球制备过程中发挥着重要作用。此外,喷涂功率对粉末微观形貌、结构、相组分等有着显著影响。可见光下,中空微球粉末具有极佳的光催化性能,使用过程中不易发生团聚,易于过滤回收,磁性功能不仅使粉末能够通过外加磁性更便捷地回收利用,而且由于Fe元素的存在,使粉末的光催化杀菌性能得到提高。随后选用中空球这一结构独特的粉末为原料,以传统TiO2团聚粉末为对比样,利用等离子喷涂在12 kW、16 kW、20 kW三种低功率下制备了TiO2光催化涂层。以中空球粉末为原料制备的涂层相转变程度低,比表面积大,孔隙率高,具有更佳的光催化降解有机物性能和光催化杀菌性能。等离子喷涂过程中,溶剂快速蒸发和有机物烧蚀分解生成的气体来不及逸出颗粒,在内部产生高压吹胀颗粒而形成内部中空结构。该方法设备简单,操作便捷,能够快速高效地制备中空微球,便于规模化、工业化应用。此外制备的中空球产品节省材料,具有优异的可见光光催化活性,提高了太阳能的利用率,在能源、环境等领域有着广阔的应用前景。选用中空球作为新颖的喷涂粉末用于制备涂层,独特的中空结构对喷涂过程中颗粒的传热传质和最终涂层的微观形貌、结构、性能都有着或多或少的影响,这为功能性涂层的制备提供了较好的指导意义。