專利名稱：一種具有光催化功能的分子篩及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水質(zhì)凈化功能材料領(lǐng)域，具體涉及一種具有光催化功能的分子篩及其制備方法。
背景技術(shù)：
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(wèn)題。傳統(tǒng)的光催化反應(yīng)研究一般在懸漿態(tài)光催化反應(yīng)體系中進(jìn)行，光催化劑顆粒較小而且比重低，過(guò)濾、絮凝、沉淀和離心等傳統(tǒng)的分離方法很難對(duì)光催化劑進(jìn)行分離、回收和再生利用，因而不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)操作。而且懸浮態(tài)的光催化劑顆粒對(duì)光的吸收阻擋會(huì)影響光源的輻照深度，因此目前懸漿態(tài)光催化劑光催化系統(tǒng)很難進(jìn)行規(guī)?；墓I(yè)應(yīng)用，主要用于實(shí)驗(yàn)室的研究。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(wèn)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齊U。載體的特點(diǎn)是:吸附性能好、比表面積大、易沉降或者易漂??；光催化劑載體的主要作用有:(1)將光催化劑負(fù)載于載體表面，能夠避免懸浮相中顆粒的團(tuán)聚，增加光催化劑的比表面積，提高光催化劑的利用率；(2)用載體將光催化劑固定，可防止光催化劑粉末粒子的流失并且易于回收利用；(3)有些載體具有良好的吸附性能，可增加對(duì)反應(yīng)物和中間產(chǎn)物的吸附，有些載體可成為電子的俘獲中心，有利于電子空穴對(duì)的分離，從而提高光催化劑的光催化活性；(4)用載體將催化劑固定，便于對(duì)催化劑進(jìn)行表面修飾并制成各種形狀的反應(yīng)器；
到目前為止，還沒有關(guān)于分子篩負(fù)載鈦酸鍶光催化劑研究的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，是提供一種具有光催化功能的分子篩，這種分子篩是采用酸處理對(duì)HZSM-5分子篩進(jìn)行改性，有效地提高光催化劑的光催化性能。本發(fā)明的另一目的，是提供一種具有光催化功能的分子篩及其制備方法。采用的技術(shù)方案是:
一種具有光催化功能的分子篩，包括HZSM-5分子篩，其特征在于:在改性的HZSM-5分子篩上采用溶膠-凝膠法復(fù)合鈦酸鍶光催化劑；
一種具有光催化功能的分子篩及其制備方法，包括下述工藝步驟:
(1)HZSM-5分子篩的酸改性
將50 g NaZSM-5 (南開大學(xué)催化劑廠，Si/Al=50)和800 mL酸溶液置于IL三口燒瓶中，在92 0C-95 1:下攪拌四小時(shí)；將溶液抽濾同時(shí)用蒸餾水清洗，然后將分子篩于110 V烘箱中干燥12 h，研磨后再置于馬弗爐中于550 °C煅燒4 h，得到HZSM-5，備用；
(2)溶膠-凝膠法合成負(fù)載型鈦酸鍶光催化劑
首先將10 mL冰醋酸溶于10 mL去離子水中，均勻攪拌得到溶液A，備用；另取1.7 mL鈦酸四正丁酯溶入到無(wú)水乙醇中，其中鈦酸四正丁酯與無(wú)水乙醇的體積比為1:4，攪拌10min后得到淡黃色溶液B，備用；向溶液A中加入硝酸鍶和步驟(I)中得到的HZSM-5分子篩3 g，其中鍶鈦原子摩爾比(Sr):/ (Ti)為1:1，然后將溶液B逐滴加入到高速攪拌的溶液A中，滴入0.5 mL乙二醇做穩(wěn)定劑；隨著溶劑不斷蒸發(fā)，溶液逐漸變得粘稠，最后形成粘稠狀溶膠，在室溫下陳化24 h后，在干燥箱內(nèi)110 °C下干燥8 h，變成凝膠，在800 °C煅燒3 h，即得。光催化反應(yīng)實(shí)驗(yàn)一:
通過(guò)甲基橙溶液降解率的變化來(lái)評(píng)價(jià)所制備的鈦酸鍶材料的性能。光催化實(shí)驗(yàn)的光源為20 W紫外殺菌燈(主波長(zhǎng)是253.7 nm)。在60 mL的石英燒杯中加入甲基橙溶液和光催化劑。甲基橙的初始濃度為5 mg.L—1，光催化劑濃度為500 mg.L—1，反應(yīng)溶液的體積為30 mL，用721E型可見分光光度計(jì)在甲基橙的最大吸收波長(zhǎng)468 nm處測(cè)定吸光度。首先在磁力攪拌器上，避光攪拌30 min，待吸附平衡后取樣5 mL，用孔徑為0.45 μ m的微濾膜過(guò)濾，然后測(cè)定其吸光度。根據(jù)朗伯-比爾定律計(jì)算甲基橙溶液濃度，并計(jì)算光催化劑對(duì)染料的吸附率。然后將反應(yīng)溶液置于開啟的紫外燈正下方，液面距燈高5 cm，光照強(qiáng)度為2200μ W * cm-2 (UV-B型紫外輻照計(jì)測(cè)定)。經(jīng)光照一定時(shí)間后用微濾膜過(guò)濾，再次測(cè)定其吸光度，計(jì)算光催化劑對(duì)染料的光催化降解率。根據(jù)上述光催化反應(yīng)實(shí)驗(yàn)方法檢測(cè)所合成的HZSM-5負(fù)載鈦酸鍶的光催化性能，30min時(shí)甲基橙的光催化降解率為65%，而未經(jīng)負(fù)載的純鈦酸鍶的光催化降解率為35%。光催化反應(yīng)實(shí)驗(yàn)二:
通過(guò)甲基橙溶液降解率的變化來(lái)評(píng)價(jià)所制備的鈦酸鍶材料的性能。光催化實(shí)驗(yàn)的光源為20 W紫外殺菌燈(主波長(zhǎng)是253.7 nm)。在60 mL的石英燒杯中加入甲基橙溶液和光催化劑。甲基橙的初始濃度為5 mg.L—1，光催化劑濃度為500 mg.L—1，反應(yīng)溶液的體積為30 mL，用721E型可見分光光度計(jì)在甲基橙的最大吸收波長(zhǎng)468 nm處測(cè)定吸光度。首先在磁力攪拌器上，避光攪拌30 min，待吸附平衡后取樣5 mL，用孔徑為0.45 μ m的微濾膜過(guò)濾，然后測(cè)定其吸光度。根據(jù)朗伯-比爾定律計(jì)算甲基橙溶液濃度，并計(jì)算光催化劑對(duì)染料的吸附率。然后將反應(yīng)溶液置于開啟的紫外燈正下方，液面距燈高5 cm，光照強(qiáng)度為2200μ W * cm-2 (UV-B型紫外輻照計(jì)測(cè)定)。經(jīng)光照一定時(shí)間后用微濾膜過(guò)濾，再次測(cè)定其吸光度，計(jì)算光催化劑對(duì)染料的光催化降解率。根據(jù)上述光催化反應(yīng)實(shí)驗(yàn)方法檢測(cè)所合成的HZSM-5負(fù)載鈦酸鍶的光催化性能，30min時(shí)甲基橙的光催化降解率為70%，而未經(jīng)負(fù)載的純鈦酸鍶的光催化降解率為35%。光催化反應(yīng)實(shí)驗(yàn)三:
通過(guò)甲基橙溶液降解率的變化來(lái)評(píng)價(jià)所制備的鈦酸鍶材料的性能。光催化實(shí)驗(yàn)的光源為20 W紫外殺菌燈(主波長(zhǎng)是253.7 nm)。在60 mL的石英燒杯中加入甲基橙溶液和光催化劑。甲基橙的初始濃度為5 mg.L—1，光催化劑濃度為500 mg.L—1，反應(yīng)溶液的體積為30 mL，用721E型可見分光光度計(jì)在甲基橙的最大吸收波長(zhǎng)468 nm處測(cè)定吸光度。首先在磁力攪拌器上，避光攪拌30 min，待吸附平衡后取樣5 mL，用孔徑為0.45 μ m的微濾膜過(guò)濾，然后測(cè)定其吸光度。根據(jù)朗伯-比爾定律計(jì)算甲基橙溶液濃度，并計(jì)算光催化劑對(duì)染料的吸附率。然后將反應(yīng)溶液置于開啟的紫外燈正下方，液面距燈高5 cm，光照強(qiáng)度為2200μ W * cm-2 (UV-B型紫外輻照計(jì)測(cè)定)。經(jīng)光照一定時(shí)間后用微濾膜過(guò)濾，再次測(cè)定其吸光度，計(jì)算光催化劑對(duì)染料的光催化降解率。根據(jù)上述光催化反應(yīng)實(shí)驗(yàn)方法檢測(cè)所合成的HZSM-5負(fù)載鈦酸鍶的光催化性能，30min時(shí)甲基橙的光催化降解率為66%，而未經(jīng)負(fù)載的純鈦酸鍶的光催化降解率為35%。通過(guò)上述光催化反應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，證明HZSM-5負(fù)載鈦酸鍶的光催化性能遠(yuǎn)比未負(fù)載的純鈦酸鍶的光催化降解率高出將近一倍。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
本發(fā)明中光催化劑與分子篩的復(fù)合可以明顯增強(qiáng)光催化活性，分子篩可以為反應(yīng)物提供充分的吸附表面，分子篩酸中心可以增強(qiáng)光催化效率，同時(shí)分子篩骨架中的Al為光生電子提供了淺勢(shì)捕獲阱，能夠延長(zhǎng)載流子壽命。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。兩者結(jié)合起來(lái)，從而產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，能有效地提高光催化劑的光催化性能。負(fù)載在分子篩孔道內(nèi)和表面上的光催化劑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，從而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)施例方式實(shí)施例1
一種具有光催化功能的分子篩，包括HZSM-5分子篩，其特征在于:在改性的HZSM-5分子篩上采用溶膠-凝膠法復(fù)合鈦酸鍶光催化劑；
一種具有光催化功能的分子篩及其制備方法，包括下述工藝步驟:
(1)ZSM-5分子篩的酸改性
將50 g NaZSM-5 (南開大學(xué)催化劑廠，Si/Al=50)和0.3 mol/L鹽酸溶液800 mL置于IL三口燒瓶中，在92 0C-95 1:下攪拌四小時(shí)；將溶液抽濾同時(shí)用蒸餾水清洗，然后將分子篩于110 °C烘箱中干燥12 h，研磨后再置于馬弗爐中于550 °C煅燒4 h，得到HZSM-5，備用；
(2)溶膠-凝膠法合成負(fù)載型鈦酸鍶光催化劑
首先將10 mL冰醋酸溶于10 mL去離子水中，均勻攪拌得到溶液A，備用；另取1.7 mL鈦酸四正丁酯溶入到無(wú)水乙醇中，其中鈦酸四正丁酯與無(wú)水乙醇的體積比為1:4，攪拌10min后得到淡黃色溶液B，備用；向溶液A中加入硝酸鍶和步驟(I)中得到的HZSM-5分子篩
3g，其中鍶鈦原子摩爾比(Sr):/ (Ti)為1:1，然后將溶液B逐滴加入到高速攪拌的溶液A中，滴入0.5 mL乙二醇做穩(wěn)定劑；隨著溶劑不斷蒸發(fā)，溶液逐漸變得粘稠，最后形成粘稠狀溶膠，在室溫下陳化24 h后，在干燥箱內(nèi)110 °C下干燥8 h，變成凝膠，在800 °C煅燒3 h，即得。實(shí)施例2
一種具有光催化功能的分子篩，包括HZSM-5分子篩，其特征在于:在改性的HZSM-5分子篩上采用溶膠-凝膠法復(fù)合鈦酸鍶光催化劑；
一種具有光催化功能的分子篩及其制備方法，包括下述工藝步驟:
(I)ZSM-5分子篩的酸改性
將50 g NaZSM-5 (南開大學(xué)催化劑廠，Si/Al=50)和0.5 mol/L磷酸溶液800 mL置于IL三口燒瓶中，在92 0C -95 1:下攪拌四小時(shí)；將溶液抽濾同時(shí)用蒸餾水清洗，然后將分子篩于110 °C烘箱中干燥12 h，研磨后再置于馬弗爐中于550 °C煅燒4 h，得到HZSM-5，備用；
(2)溶膠-凝膠法合成負(fù)載型鈦酸鍶光催化劑
首先將10 mL冰醋酸溶于10 mL去離子水中，均勻攪拌得到溶液A，備用；另取1.7 mL鈦酸四正丁酯溶入到無(wú)水乙醇中，其中鈦酸四正丁酯與無(wú)水乙醇的體積比為1:4，攪拌10min后得到淡黃色溶液B，備用；向溶液A中加入硝酸鍶和步驟(I)中得到的HZSM-5分子篩3 g，其中鍶鈦原子摩爾比(Sr):/ (Ti)為1:1，然后將溶液B逐滴加入到高速攪拌的溶液A中，滴入0.5 mL乙二醇做穩(wěn)定劑；隨著溶劑不斷蒸發(fā)，溶液逐漸變得粘稠，最后形成粘稠狀溶膠，在室溫下陳化24 h后，在干燥箱內(nèi)110 °C下干燥8 h，變成凝膠，在800 °C煅燒3 h，即得。 實(shí)施例3
一種具有光催化功能的分子篩，包括HZSM-5分子篩，其特征在于:在改性的HZSM-5分子篩上采用溶膠-凝膠法復(fù)合鈦酸鍶光催化劑；
一種具有光催化功能的分子篩及其制備方法，包括下述工藝步驟:
(1)ZSM-5分子篩的酸改性
將50 g NaZSM-5 (南開大學(xué)催化劑廠，Si/Al=50)和3 mol/L草酸溶液800 mL置于IL三口燒瓶中，在92 0C-95 1:下攪拌四小時(shí)；將溶液抽濾同時(shí)用蒸餾水清洗，然后將分子篩于110 °C烘箱中干燥12 h，研磨后再置于馬弗爐中于550 °C煅燒4 h，得到HZSM-5，備用；
(2)溶膠-凝膠法合成負(fù)載型鈦酸鍶光催化劑
首先將10 mL冰醋酸溶于10 mL去離子水中，均勻攪拌得到溶液A，備用；另取1.7 mL鈦酸四正丁酯溶入到無(wú)水乙醇中，其中鈦酸四正丁酯與無(wú)水乙醇的體積比為1:4，攪拌10min后得到淡黃 色溶液B，備用；向溶液A中加入硝酸鍶和步驟(I)中得到的HZSM-5分子篩3 g，其中鍶鈦原子摩爾比(Sr):/ (Ti)為1:1，然后將溶液B逐滴加入到高速攪拌的溶液A中，滴入0.5 mL乙二醇做穩(wěn)定劑；隨著溶劑不斷蒸發(fā)，溶液逐漸變得粘稠，最后形成粘稠狀溶膠，在室溫下陳化24 h后，在干燥箱內(nèi)110 °C下干燥8 h，變成凝膠，在800 °C煅燒3 h，即得。
權(quán)利要求
1.一種具有光催化功能的分子篩，包括HZSM-5分子篩，其特征在于:在改性的HZSM-5分子篩上采用溶膠-凝膠法復(fù)合鈦酸鍶光催化劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有光催化功能的分子篩及其制備方法，其特征在于，包括下述工藝步驟: (1)HZSM-5分子篩的酸改性 將50 g NaZSM-5 (南開大學(xué)催化劑廠，Si/Al=50)和800 mL酸溶液置于IL三口燒瓶中，在92 0C-95 1:下攪拌四小時(shí)；將溶液抽濾同時(shí)用蒸餾水清洗，然后將分子篩于110 V烘箱中干燥12 h，研磨后再置于馬弗爐中于550 °C煅燒4 h，得到HZSM-5，備用； (2)溶膠-凝膠法合成負(fù)載型鈦酸鍶光催化劑 首先將10 mL冰醋酸溶于10 mL去離子水中，均勻攪拌得到溶液A，備用；另取1.7 mL鈦酸四正丁酯溶入到無(wú)水乙醇中，其中鈦酸四正丁酯與無(wú)水乙醇的體積比為1:4，攪拌10min后得到淡黃色溶液B，備用；向溶液A中加入硝酸鍶和步驟(I)中得到的HZSM-5分子篩3 g，其中鍶鈦原子摩爾比(Sr):/ (Ti)為1:1，然后將溶液B逐滴加入到高速攪拌的溶液A中，滴入0.5 mL乙二醇做穩(wěn)定劑；隨著溶劑不斷蒸發(fā)，溶液逐漸變得粘稠，最后形成粘稠狀溶膠，在室溫下陳化24 h后，在干燥箱內(nèi)110 °C下干燥8 h，變成凝膠，在800 °C煅燒3 h，即得。
全文摘要
一種具有光催化功能的分子篩及其制備方法，包括HZSM-5分子篩，其特征在于在改性的HZSM-5分子篩上采用溶膠-凝膠法復(fù)合鈦酸鍶光催化劑；本發(fā)明負(fù)載在分子篩孔道內(nèi)和表面上的光催化劑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，從而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。
文檔編號(hào)C02F1/32GK103100414SQ201310037278
公開日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2013年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月31日
發(fā)明者張文杰 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)理工大學(xué)