專利名稱：一種具有光催化功能的分子篩及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于水質(zhì)凈化功能材料領域，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：
催化劑的固定技術及載體的選擇已經(jīng)成為光催化技術的一個非常關鍵的問題。傳統(tǒng)的光催化反應研究一般在懸漿態(tài)光催化反應體系中進行，光催化劑顆粒較小而且比重低，過濾、絮凝、沉淀和離心等傳統(tǒng)的分離方法很難對光催化劑進行分離、回收和再生利用，因而不能實現(xiàn)連續(xù)操作。而且懸浮態(tài)的光催化劑顆粒對光的吸收阻擋會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)很難進行規(guī)?；墓I(yè)應用，主要用于實驗室的研究。光催化劑的固定化可以有效地解決催化劑分離、回收、再生困難的問題。光催化劑的負載化包括兩大方面:第一是在反應器內(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構的物質(zhì)等載體上固定光催化齊U。載體的特點是:吸附性能好、比表面積大、易沉降或者易漂浮；光催化劑載體的主要作用有:(1)將光催化劑負載于載體表面，能夠避免懸浮相中顆粒的團聚，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，可增加對反應物和中間產(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，便于對催化劑進行表面修飾并制成各種形狀的反應器；
到目前為止，還沒有關于分子篩負載鈦酸鍶光催化劑研究的報道。

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HZSM-5分子篩進行改性，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；將溶液抽濾同時用蒸餾水清洗，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水乙醇中，其中鈦酸四正丁酯與無水乙醇的體積比為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。光催化反應實驗一:
通過甲基橙溶液降解率的變化來評價所制備的鈦酸鍶材料的性能。光催化實驗的光源為20 W紫外殺菌燈(主波長是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，反應溶液的體積為30 mL，用721E型可見分光光度計在甲基橙的最大吸收波長468 nm處測定吸光度。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的微濾膜過濾，然后測定其吸光度。根據(jù)朗伯-比爾定律計算甲基橙溶液濃度，并計算光催化劑對染料的吸附率。然后將反應溶液置于開啟的紫外燈正下方，液面距燈高5 cm，光照強度為2200μ W * cm-2 (UV-B型紫外輻照計測定)。經(jīng)光照一定時間后用微濾膜過濾，再次測定其吸光度，計算光催化劑對染料的光催化降解率。根據(jù)上述光催化反應實驗方法檢測所合成的HZSM-5負載鈦酸鍶的光催化性能，30min時甲基橙的光催化降解率為65%，而未經(jīng)負載的純鈦酸鍶的光催化降解率為35%。光催化反應實驗二:
通過甲基橙溶液降解率的變化來評價所制備的鈦酸鍶材料的性能。光催化實驗的光源為20 W紫外殺菌燈(主波長是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，反應溶液的體積為30 mL，用721E型可見分光光度計在甲基橙的最大吸收波長468 nm處測定吸光度。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的微濾膜過濾，然后測定其吸光度。根據(jù)朗伯-比爾定律計算甲基橙溶液濃度，并計算光催化劑對染料的吸附率。然后將反應溶液置于開啟的紫外燈正下方，液面距燈高5 cm，光照強度為2200μ W * cm-2 (UV-B型紫外輻照計測定)。經(jīng)光照一定時間后用微濾膜過濾，再次測定其吸光度，計算光催化劑對染料的光催化降解率。根據(jù)上述光催化反應實驗方法檢測所合成的HZSM-5負載鈦酸鍶的光催化性能，30min時甲基橙的光催化降解率為70%，而未經(jīng)負載的純鈦酸鍶的光催化降解率為35%。光催化反應實驗三:
通過甲基橙溶液降解率的變化來評價所制備的鈦酸鍶材料的性能。光催化實驗的光源為20 W紫外殺菌燈(主波長是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，反應溶液的體積為30 mL，用721E型可見分光光度計在甲基橙的最大吸收波長468 nm處測定吸光度。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的微濾膜過濾，然后測定其吸光度。根據(jù)朗伯-比爾定律計算甲基橙溶液濃度，并計算光催化劑對染料的吸附率。然后將反應溶液置于開啟的紫外燈正下方，液面距燈高5 cm，光照強度為2200μ W * cm-2 (UV-B型紫外輻照計測定)。經(jīng)光照一定時間后用微濾膜過濾，再次測定其吸光度，計算光催化劑對染料的光催化降解率。根據(jù)上述光催化反應實驗方法檢測所合成的HZSM-5負載鈦酸鍶的光催化性能，30min時甲基橙的光催化降解率為66%，而未經(jīng)負載的純鈦酸鍶的光催化降解率為35%。通過上述光催化反應實驗結果，證明HZSM-5負載鈦酸鍶的光催化性能遠比未負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)點在于:
本發(fā)明中光催化劑與分子篩的復合可以明顯增強光催化活性，分子篩可以為反應物提供充分的吸附表面，分子篩酸中心可以增強光催化效率，同時分子篩骨架中的Al為光生電子提供了淺勢捕獲阱，能夠延長載流子壽命。分子篩由于其多孔結構和大的比表面積，正好具有良好的吸附性能。兩者結合起來，從而產(chǎn)生協(xié)同效應，能有效地提高光催化劑的光催化性能。負載在分子篩孔道內(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，因為分子篩孔道內(nèi)具有很強的電場強度，其表面也有電子富集，可以起到抑制電子-空穴對復合的作用，從而使得分子篩吸附的有機物可以很容易的獲得自由活性基團，從而提高光催化劑的光催化活性。
具體實施例方式實施例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；將溶液抽濾同時用蒸餾水清洗，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水乙醇中，其中鈦酸四正丁酯與無水乙醇的體積比為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；將溶液抽濾同時用蒸餾水清洗，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水乙醇中，其中鈦酸四正丁酯與無水乙醇的體積比為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；將溶液抽濾同時用蒸餾水清洗，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水乙醇中，其中鈦酸四正丁酯與無水乙醇的體積比為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-凝膠法復合鈦酸鍶光催化劑。
2.根據(jù)權利要求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；將溶液抽濾同時用蒸餾水清洗，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水乙醇中，其中鈦酸四正丁酯與無水乙醇的體積比為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-凝膠法復合鈦酸鍶光催化劑；本發(fā)明負載在分子篩孔道內(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，因為分子篩孔道內(nèi)具有很強的電場強度，其表面也有電子富集，可以起到抑制電子-空穴對復合的作用，從而使得分子篩吸附的有機物可以很容易的獲得自由活性基團，從而提高光催化劑的光催化活性。
文檔編號C02F1/32GK103100414SQ201310037278
公開日2013年5月15日 申請日期2013年1月31日 優(yōu)先權日2013年1月31日
發(fā)明者張文杰 申請人:沈陽理工大學