CN104056656A - 一种具有光催化净化功能的分子筛及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种制备具有光催化净化功能的分子筛，是在磷酸改性的HZSM-5分子筛上采用溶胶-凝胶法负载TiO2光催化剂构成；本发明提供一种具有光催化功能的分子筛，这种分子筛是采用磷酸处理对HZSM-5分子筛进行改性，然后在HZSM-5分子筛上负载TiO2而使其具有光催化活性。由于分子筛的多孔结构和大的比表面积，使其具有良好的吸附性能。与TiO2的光催化能力结合起来，从而产生协同效应，能有效地提高材料的光催化性能。

Description

一种具有光催化净化功能的分子筛及其制备方法
技术领域
本发明属于水质净化功能材料领域，具体涉及一种制备具有光催化净化功能的分子筛及制备方法。
背景技术
分子筛是一种具有均匀微孔的以硅氧四面体作为基本结构单元的硅铝酸盐。它利用氧原子形成的氧桥将硅氧四面体相连从而构成具有规则的笼或孔道结构的阴离子骨架。分子筛拥有空旷的骨架结构，大量的微孔，晶穴体积约是总体积40~50%。和其它多孔物质相比，分子筛拥有很大的比表面积。ZSM-5分子筛属于正交晶系，其晶包组成可表示为NanAlSi96-nO192·16H2O，其中n的范围是0~27，Si、Al原子总数是96个。ZSM-5分子筛晶体结构是8个通过共用顶点氧桥的五元硅（铝）环形成的硅（铝）氧四面体。其孔道结构由直筒形孔道和Z型孔道交叉组成。分子筛一般以钠型存在，通过H+置换Na+调整其表面酸性。HZSM-5分子筛的氢原子联结在氧桥上，其部分负电荷转移到氧原子上。
HZSM-5分子筛通常不具有光催化降解有机污染物的能力，可以通过在HZSM-5分子筛上负载TiO2而使其具有光催化活性。TiO2负载在沸石分子筛表面或者笼内，经光照射产生电子-空穴，由于分子筛孔道内的电场作用，分子筛表面富集了大量电子，能够有效抑制电子-空穴的复合，从而有效地将污染物分子降解。
发明内容
本发明的目的，是提供一种具有光催化功能的分子筛，该分子筛是采用磷酸处理对HZSM-5分子筛进行改性，然后在HZSM-5分子筛上负载TiO2而使其具有光催化活性。这种分子筛能为反应物提供充分的吸附表面，并能增强光催化效率。
本发明的另一目的，是提供一种制备具有光催化净化功能的分子筛的方法。
采用的技术方案是：
一种制备具有光催化净化功能的分子筛，其特征在于：是在磷酸改性的HZSM-5分子筛上采用溶胶-凝胶法负载TiO2光催化剂构成；
一种制备具有光催化净化功能的分子筛的方法，包括下述工艺步骤：
(1) HZSM-5分子筛的磷酸改性
将50 g NaZSM-5（南开大学催化剂厂，Si/Al=50）和800 mL 0.2~2.0 mol/L磷酸溶液置于1L三口烧瓶中，在92 ℃~95 ℃下搅拌4-5小时；将溶液抽滤同时用蒸馏水清洗，然后将分子筛于110 ℃烘箱中干燥10-12 h，研磨后再置于程控箱式电炉中于550 ℃煅烧4 h，得到磷酸改性的HZSM-5；
(2) 溶胶-凝胶法合成负载TiO2的HZSM-5分子筛
将3 mL无水乙醇与0.6 mL去离子水混合，制得A液。将2 mL钛酸四丁酯、0.1 mL38%浓盐酸、6 mL无水乙醇和0.1-1.0 g HZSM-5分子筛混合搅拌1-2h，制得B液。在强力搅拌下，将A液逐滴滴加到B液。滴加完毕后，继续搅拌直至形成凝胶。将凝胶在室温下陈化12-15h，再放入干燥箱于80 ℃下干燥7-7.5h后在瓷研钵中研磨。将研磨后的粉末置于坩埚中，于程控箱式电炉中以5 ℃/min速率升温至400~500 ℃，恒温煅烧2 h后冷却，即得。
本发明的优点在于：
本发明中TiO2与HZSM-5分子筛的复合可以得到具有较强光催化活性的材料，分子筛可以为反应物提供充分的吸附表面，分子筛酸中心可以增强光催化效率，同时分子筛骨架中的Al为光生电子提供了浅势捕获阱，能够延长载流子寿命。由于分子筛的多孔结构和大的比表面积，使其具有良好的吸附性能。两者结合起来，从而产生协同效应，能有效地提高材料的光催化性能。TiO2负载在HZSM-5分子筛表面或者笼内，经光照射产生电子-空穴，由于分子筛孔道内的电场作用，分子筛表面富集了大量电子，能够有效抑制电子-空穴的复合，从而有效地将污染物分子降解。
具体实施方式
实施例1
一种制备具有光催化净化功能的分子筛，其特征在于：在改性的HZSM-5分子筛上采用溶胶-凝胶法负载TiO2光催化剂。
一种制备具有光催化净化功能的分子筛的方法，包括下述工艺步骤：
(1) HZSM-5分子筛的磷酸改性
将50 g NaZSM-5（南开大学催化剂厂，Si/Al=50）和800 mL 1.0 mol/L磷酸溶液置于1L三口烧瓶中，在94 ℃下搅拌四小时；将溶液抽滤同时用蒸馏水清洗，然后将分子筛于110 ℃烘箱中干燥12 h，研磨后再置于程控箱式电炉中于550 ℃煅烧4 h，得到磷酸改性的HZSM-5；
(2) 溶胶-凝胶法合成负载TiO2的HZSM-5分子筛
将3 mL无水乙醇与0.6 mL去离子水混合，制得A液。将2 mL钛酸四丁酯、0.1 mL38%浓盐酸、6 mL无水乙醇和1.0 g HZSM-5分子筛混合搅拌1 h，制得B液。在强力搅拌下，将A液逐滴滴加到B液。滴加完毕后，继续搅拌直至形成凝胶。将凝胶在室温下陈化12 h，再放入干燥箱于80 ℃下干燥7 h后在瓷研钵中研磨。将研磨后的粉末置于坩埚中，于程控箱式电炉中以5 ℃/min速率升温至450 ℃，恒温煅烧2 h后冷却即得。
实施例2
一种制备具有光催化净化功能的分子筛的方法，包括下述工艺步骤：
(1) HZSM-5分子筛的磷酸改性
将50 g NaZSM-5（南开大学催化剂厂，Si/Al=50）和800 mL 0.5 mol/L磷酸溶液置于1L三口烧瓶中，在95 ℃下搅拌四小时；将溶液抽滤同时用蒸馏水清洗，然后将分子筛于110 ℃烘箱中干燥12 h，研磨后再置于程控箱式电炉中于550 ℃煅烧4 h，得到磷酸改性的HZSM-5；
(2) 溶胶-凝胶法合成负载TiO2的HZSM-5分子筛
将3 mL无水乙醇与0.6 mL去离子水混合，制得A液。将2 mL钛酸四丁酯、0.1 mL38%浓盐酸、6 mL无水乙醇和0.5 g HZSM-5分子筛混合搅拌1 h，制得B液。在强力搅拌下，将A液逐滴滴加到B液。滴加完毕后，继续搅拌直至形成凝胶。将凝胶在室温下陈化12 h，再放入干燥箱于80 ℃下干燥7 h后在瓷研钵中研磨。将研磨后的粉末置于坩埚中，于程控箱式电炉中以5 ℃/min速率升温至400 ℃，恒温煅烧2 h后冷却。
实施例3
一种制备具有光催化净化功能的分子筛的方法，其特征在于：在改性的HZSM-5分子筛上采用溶胶-凝胶法负载TiO2光催化剂；
一种制备具有光催化净化功能的分子筛的方法，包括下述工艺步骤：
(1) HZSM-5分子筛的磷酸改性
将50 g NaZSM-5（南开大学催化剂厂，Si/Al=50）和800 mL 0.3 mol/L磷酸溶液置于1L三口烧瓶中，在92 ℃下搅拌四小时；将溶液抽滤同时用蒸馏水清洗，然后将分子筛于110 ℃烘箱中干燥12 h，研磨后再置于程控箱式电炉中于550 ℃煅烧4 h，得到磷化改性的HZSM-5；
(2) 溶胶-凝胶法合成负载TiO2的HZSM-5分子筛
将3 mL无水乙醇与0.6 mL去离子水混合，制得A液。将2 mL钛酸四丁酯、0.1 mL浓盐酸、6 mL无水乙醇和0.3 g HZSM-5分子筛混合搅拌1 h，制得B液。在强力搅拌下，将A液逐滴滴加到B液。滴加完毕后，继续搅拌直至形成凝胶。将凝胶在室温下陈化12 h，再放入干燥箱于80 ℃下干燥7 h后研磨。将研磨后的粉末置于坩埚中，于程控箱式电炉中以5 ℃/min速率升温至500 ℃，恒温煅烧2 h后冷却。

Claims (3)

1.一种具有光催化净化功能的分子筛，其特征在于：是在磷酸改性的HZSM-5分子筛上采用溶胶-凝胶法负载TiO2光催化剂构成。
2.根据权利要求1所述的一种具有光催化净化功能的分子筛的制备方法，其特征在于，包括下述工艺步骤：
(1) HZSM-5分子筛的磷酸改性
将50 g NaZSM-5和800 mL 0.2~2.0 mol/L磷酸溶液置于1L三口烧瓶中，在92 ℃~95 ℃下搅拌4-5小时；将溶液抽滤同时用蒸馏水清洗，然后将分子筛于110 ℃烘箱中干燥10-12h，研磨后再置于程控箱式电炉中于550 ℃煅烧4 h，得到磷酸改性的HZSM-5；
(2) 溶胶-凝胶法合成负载TiO2的HZSM-5分子筛
将3 mL无水乙醇与0.6 mL去离子水混合，制得A液；将2 mL钛酸四丁酯、0.1 mL38%浓盐酸、6 mL无水乙醇和0.1-1.0 g HZSM-5分子筛混合搅拌1-2h，制得B液；在强力搅拌下，将A液逐滴滴加到B液；滴加完毕后，继续搅拌直至形成凝胶；将凝胶在室温下陈化12-15 h，再放入干燥箱于80 ℃下干燥7-7.5h后在瓷研钵中研磨；将研磨后的粉末置于坩埚中，于程控箱式电炉中以5 ℃/min速率升温至400~500 ℃，恒温煅烧2 h后冷却，即得。
3.根据权利要求2所述的一种具有光催化净化功能的分子筛的方法，其特征在于：步骤（1）中搅拌时间为4小时，在110℃烘箱中干燥12小时；步骤（2）中混合搅拌为1小时，凝胶在室温下转化12小时，在干燥箱内80℃下干燥7小时。
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