一種負(fù)載有鈦酸鉍光催化劑的分子篩材料及其制備方法
【專利摘要】一種負(fù)載有鈦酸鉍光催化劑的分子篩材料及其制備方法，其特征在于：是在采用鹽酸進(jìn)行離子交換后的分子篩上，用溶膠-凝膠法負(fù)載鈦酸鉍光催化劑構(gòu)成。本發(fā)明的分子篩材料吸附的有機(jī)物可以很容易的獲得自由活性基因，從而提高催化劑活性。
【專利說明】一種負(fù)載有鈦酸秘光催化劑的分子篩材料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種環(huán)境凈化功能材料，為采用溶膠-凝膠法在鹽酸交換的分子篩載體上合成負(fù)載型鈦酸鉍光催化劑。

【背景技術(shù)】
[0002]催化劑的固定技術(shù)及載體的選擇已經(jīng)成為光催化技術(shù)的一個(gè)非常關(guān)鍵的問題。光催化劑的固定化可以有效地解決催化劑分離、回收、再生困難的問題。光催化劑的負(fù)載化包括兩大方面:第一是在反應(yīng)器內(nèi)壁上或平板狀載體上形成光催化劑薄膜材料；第二是在顆粒狀、纖維狀、層狀、柔性材料以及具有孔道結(jié)構(gòu)的物質(zhì)等載體上固定光催化劑。這些載體的特點(diǎn)是:吸附性能好、比表面積大、易沉降或者易漂浮。
[0003]分子篩是一種硅鋁酸鹽，它以硅氧四面體為基本結(jié)構(gòu)單元，通過氧原子形成的氧橋?qū)⒐柩跛拿骟w相連接構(gòu)成具有規(guī)則的籠或孔道結(jié)構(gòu)的陰離子骨架。分子篩的το4(τ通常為Si或Al原子)四面體通過頂點(diǎn)的氧原子互相聯(lián)結(jié)，構(gòu)成多元環(huán)結(jié)構(gòu)。這些多元環(huán)即構(gòu)成分子篩中的孔道，其有效直徑稱為孔徑。在環(huán)的基礎(chǔ)上再進(jìn)行連接而成為三維空間的骨架，它所圍成的空腔稱為籠。這些不同的籠在空間按一定方式作周期性重復(fù)排列就形成分子篩晶體結(jié)構(gòu)。分子篩擁有空曠的骨架結(jié)構(gòu)，大量的微孔，晶穴體積約是總體積409Γ50%。和其它多孔物質(zhì)相比，分子篩擁有很大的比表面積。
[0004]分子篩的離子交換性是分子篩的重要性能之一，是調(diào)節(jié)分子篩表面酸性的重要手段，也是制備某些分子篩基新材料的重要根據(jù)。鈣鈦礦型鈦酸鉍雖然具有優(yōu)良的光催化活性，但是其吸附能力較差，限制了它的進(jìn)一步應(yīng)用。分子篩由于其多孔結(jié)構(gòu)和大的比表面積，正好具有良好的吸附性能。如兩者結(jié)合起來，從而產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，能有效地提高鈦酸鉍的光催化性能。負(fù)載在分子篩孔道內(nèi)和表面上的鈦酸鉍粒子在光照下產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，因?yàn)榉肿雍Y孔道內(nèi)具有很強(qiáng)的電場(chǎng)強(qiáng)度，其表面也有電子富集，可以起到抑制電子-空穴對(duì)復(fù)合的作用，使得分子篩吸附的有機(jī)物可以很容易的獲得自由活性基團(tuán)，從而提高光催化劑的光催化活性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的，是提供一種負(fù)載有鈦酸鉍光催化劑的分子篩材料，該分子篩材料吸附的有機(jī)物可以很容易的獲得自由活性基因，從而提高催化劑活性。
[0006]本發(fā)明的另一目的，是提供一種負(fù)載有鈦酸鉍光催化劑的分子篩材料的制備方法。
[0007]采用的技術(shù)方案是:
一種負(fù)載有鈦酸鉍光催化劑的分子篩材料，其特征在于:是在采用鹽酸進(jìn)行離子交換后的分子篩上，用溶膠-凝膠法負(fù)載鈦酸鉍光催化劑構(gòu)成。
[0008]一種制備分子篩負(fù)載鈦酸鉍光催化材料的方法，包括下述工藝步驟:
1、制備HY、HX和HZSM-5型分子篩: 取80g基體分子篩和500mL鹽酸溶液置于IL四頸燒瓶中。所述基體分子篩為NaY、NaX或NaZSM-5型分子篩，所述鹽酸濃度為0.2、0.3或0.5 mol/L。加熱，采用水冷回流冷卻。在90-95°C下進(jìn)行H+-Na+離子交換4小時(shí)，將溶液采用抽濾法過濾。將得到的濾餅置于電熱干燥箱中于100?120 °C干燥4h，再置于程控箱式電爐中于550°C煅燒4h，得到HY、HX和HZSM-5型分子篩備用。
[0009]2、溶膠-凝膠法合成負(fù)載型鈦酸鉍光催化劑:
將0.85 mL鈦酸四丁酯逐漸滴加入8 mL無水乙醇中，均勻攪拌30 min,制得A液。稱取1.6175 g硝酸鉍溶于8 mL蒸餾水，加入8mL冰醋酸，轉(zhuǎn)入40°C水浴直至乳白色溶液變得澄清，制得B液。然后在強(qiáng)力攪拌下，將A液逐滴滴加至B液，向混合液中加入2 mL乙二醇后，再向混合液中加入10(Tl000mg步驟I制備的HY、HX和HZSM-5型分子篩。調(diào)節(jié)水浴溫度為70°C，經(jīng)過9(T120 min形成淡黃色溶膠，然后轉(zhuǎn)至電熱干燥箱于90°C干燥2 h后，再于110°C干燥12?16 h至材料干燥。將材料在研缽中研磨后放入程控箱式電爐于60(T900°C煅燒f5h，再次研磨制得粉末狀，即制得負(fù)載有鈦酸鉍催化劑的分子篩材料。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
由于HZSM-5分子篩的多孔結(jié)構(gòu)和大的比表面積，可以為反應(yīng)物提供充分的吸附表面。光催化劑與分子篩的復(fù)合會(huì)產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，能有效地提高催化劑的光催化性能。鈣鈦礦型鈦酸鉍雖然具有優(yōu)良的光催化活性，但是其吸附能力較差，限制了它的進(jìn)一步應(yīng)用。分子篩由于其多孔結(jié)構(gòu)和大的比表面積，正好具有良好的吸附性能。如兩者結(jié)合起來，從而產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，能有效地提高鈦酸鉍的光催化性能。負(fù)載在分子篩孔道內(nèi)和表面上的鈦酸鉍粒子在紫外光的照射下產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，因?yàn)榉肿雍Y孔道內(nèi)具有很強(qiáng)的電場(chǎng)強(qiáng)度，其表面也有電子富集，可以起到抑制電子-空穴對(duì)復(fù)合的作用，使得分子篩吸附的有機(jī)物可以很容易的獲得自由活性基團(tuán)，從而提高光催化劑的光催化活性。

【具體實(shí)施方式】
[0011]實(shí)施例1
一種負(fù)載有鈦酸鉍光催劑的分子篩材料的制備方法，包括下述工藝步驟:
(I)采用鹽酸處理對(duì)分子篩進(jìn)行離子交換
將80g NaY、NaX或NaZSM-5型分子篩和500mL 0.3mol/L鹽酸溶液置于IL四頸燒瓶中，加熱，采用水冷回流冷卻。在90-95°C下進(jìn)行H+-Na+離子交換4小時(shí)，將溶液采用抽濾法過濾。將得到的濾餅置于電熱干燥箱中于10(T120 °C干燥4h，再置于程控箱式電爐中于550°C煅燒4h，得到HY、HX和HZSM-5型分子篩。
[0012](2)溶膠-凝膠法合成負(fù)載型鈦酸鉍光催化劑
將0.85 mL鈦酸四丁酯逐滴加入8 mL無水乙醇中，均勻攪拌30 min,制得A液。稱取
1.6175g硝酸鉍溶于8 mL蒸餾水，加入8mL冰醋酸，轉(zhuǎn)入40°C水浴直至乳白色溶液變得澄清，制得B液。然后在強(qiáng)力攪拌下，將A液逐滴滴加至B液，向混合液中加入2 mL乙二醇后，再向混合液中加入500mg步驟(I)制備的分子篩。調(diào)節(jié)水浴溫度為70°C，經(jīng)過120 min形成淡黃色溶膠，然后轉(zhuǎn)至電熱干燥箱于90°C干燥2 h后，再于110°C干燥12 h至材料干燥。將材料在研缽中研磨后放入程控箱式電爐于700°C煅燒3h，再次研磨制得粉末，即得。
[0013]實(shí)施例2 (I)采用鹽酸處理對(duì)分子篩進(jìn)行離子交換
將80g NaY、NaX或NaZSM-5型分子篩和500mL 0.5mol/L鹽酸溶液置于IL四頸燒瓶中，加熱，采用水冷回流冷卻。在90-95°C下進(jìn)行H+-Na+離子交換4小時(shí)，將溶液采用抽濾法過濾。將得到的濾餅置于電熱干燥箱中于10(T120 °C干燥4h，再置于程控箱式電爐中于550°C煅燒4h，得到HY、HX和HZSM-5型分子篩。
[0014](2)溶膠-凝膠法合成負(fù)載型鈦酸鉍光催化劑
將0.85 mL鈦酸四丁酯逐滴加入8 mL無水乙醇中，均勻攪拌30 min,制得A液。稱取
1.6175g硝酸鉍溶于8 mL蒸餾水，加入8mL冰醋酸，轉(zhuǎn)入40°C水浴直至乳白色溶液變得澄清，制得B液。然后在強(qiáng)力攪拌下，將A液逐滴滴加至B液，向混合液中加入2 mL乙二醇后，再向混合液中加入步驟(I)制備的300mg分子篩。調(diào)節(jié)水浴溫度為70°C，經(jīng)過90 min形成淡黃色溶膠，然后轉(zhuǎn)至電熱干燥箱于90°C干燥2 h后，再于110°C干燥16 h至材料干燥。將材料在研缽中研磨后放入程控箱式電爐于900°C煅燒2h，再次研磨制得粉末狀，即得。
【權(quán)利要求】
1.一種負(fù)載有鈦酸鉍光催化劑的分子篩材料，其特征在于:是在采用鹽酸進(jìn)行離子交換后的分子篩上，用溶膠-凝膠法負(fù)載鈦酸鉍光催化劑構(gòu)成。
2.一種負(fù)載有鈦酸鉍光催化劑的分子篩材料及其制備方法，包括下述工藝步驟: . 1)制備HY、HX和HZSM-5型分子篩: 取80g基體分子篩和500ml鹽酸溶液置于1L四頸燒瓶中，所述基體分子篩為NaY、NaX或NaZSM-5型分子篩，所述鹽酸濃度為0.2,0.3或0.5 mol/L，加熱，采用水冷回流冷卻，在90-95°C下進(jìn)行H+-Na+離子交換4小時(shí)，將溶液采用抽濾法過濾，將得到的濾餅置于電熱干燥箱中于10(Tl20 °C干燥4h，再置于程控箱式電爐中于550°C煅燒4h，得到HY、HX和HZSM-5型分子篩備用； . 2)溶膠-凝膠法合成負(fù)載型鈦酸鉍光催化劑: 將0.85 mL鈦酸四丁酯逐漸滴加入8 mL無水乙醇中，均勻攪拌30 min,制得A液,稱取.1.6175 g硝酸鉍溶于8 mL蒸餾水，加入8mL冰醋酸，轉(zhuǎn)入40°C水浴直至乳白色溶液變得澄清，制得B液，然后在強(qiáng)力攪拌下，將A液逐滴滴加至B液，向混合液中加入2 mL乙二醇后，再向混合液中加入10(Tl000mg，將步驟1)制備的HY、HX和HZSM-5型分子篩，調(diào)節(jié)水浴溫度為70°C，經(jīng)過9(T120 min形成淡黃色溶膠，然后轉(zhuǎn)至電熱干燥箱于90°C干燥2 h后，再于110°C干燥12?16 h至材料干燥，將材料在研缽中研磨后放入程控箱式電爐于60(T90(TC煅燒f5h，再次研磨制得粉末狀，即制得負(fù)載有太酸鉍催化劑的分子篩材料。
【文檔編號(hào)】B01J29/80GK104307563SQ201410538398
【公開日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年10月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月14日
【發(fā)明者】張文杰 申請(qǐng)人:沈陽理工大學(xué)