CN106362787B - 一种沸石固载光催化剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光催化剂制备技术，旨在提供一种沸石固载光催化剂的制备方法。包括：将光催化剂分散于去离子水中，再加入硅源，搅拌下反应；取出反应产物洗涤干燥，与模板剂、铝源混合后研磨；将混合物装入反应釜，固相晶化生成具有沸石结构的载体；洗涤烘干后在马弗炉中烧去模板剂后，得到的沸石固载光催化剂；本发明所用模板剂较少，由于合成方法的改进，能很好的将光催化剂包进沸石单晶中，且光催化剂的含量可控；采用的原料价格较低、制备过程简单。在后续应用时光催化剂利用率较高，产品收率较高，对有机污染物有很高的降解率的同时对自然物质有很好的保护作用。
Description
技术领域
本发明涉及光催化剂制备技术，特别涉及一种沸石固载光催化剂的制备方法。
背景技术
随着人类社会的进步，化石燃料被大量燃烧，能源问题越来越严峻。因此，人类迫切的需要利用新能源来解决能源危机，实现可持续发展。太阳光是可再生的新型能源，充分利用太阳光可以解决未来可能存在的能源危机。目前已经开发出了多种有效的光催化剂，它们具有稳定性好、光催化活性高，在常温常压下能使有机物完全分解、彻底矿化等特点,因此受到了研究人员的重视。
可是常规的光催化剂存在本身为纳米颗粒，直接使用会对环境造成损害，并且产生的自由基无差别的降解，会破坏环境中原有的自然物质。本方法采用沸石将光催化剂包裹，利用沸石材料的孔道，环境中的小分子的有机污染物可以进入被降解，但是大分子的自然物质就被保护起来。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种沸石固载光催化剂的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明的解决方案是：
提供一种沸石固载光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
将0.08～0.5g光催化剂分散于80ml的去离子水中，再加入10～20倍于光催化剂质量的硅源，搅拌下反应6～24小时；取出反应产物洗涤干燥，与模板剂、铝源混合后研磨；将混合物装入反应釜，100～200℃固相晶化24～168小时生成具有沸石结构的载体；洗涤烘干后在马弗炉中400～600℃下焙烧4～10小时烧去模板剂后，最终得到的沸石固载光催化剂；
所述光催化剂是钙钛矿、氮化碳(C3N4)、BiVOx、氧化锌(ZnO)、氧化锡(SnO2)、二氧化锆(ZrO2)、硫化镉(CdS)或金属修饰的氧化钛中任意的一种；模板剂、铝源、硅源的摩尔比为0.01～10∶0～0.6∶10。
本发明中，所述硅源是细硅胶、白炭黑、水玻璃或正硅酸四乙酯中任意的一种。
本发明中，所述模板剂是四丙基氢氧化铵、四丙基氯化铵或四丙基溴化铵中的任意一种。
本发明中，所述铝源是铝酸钠、氧化铝或异丙醇铝中的任意一种。
本发明中，制备获得的沸石固载光催化剂的比表面积为50-1000m2/g；光催化剂颗粒是封装在沸石晶体内部的，光催化剂占沸石固载光催化剂的质量分数为0.01-80％。
本发明制备获得的沸石固载光催化剂能用于降解水中的甲苯、苯酚、4-氯苯酚、硝基苯、苯、乙苯、苯胺。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明的制备方法中所用模板剂较少。由于合成方法的改进，能很好的将光催化剂包进沸石单晶中，制得沸石固载光催化剂材料；
2、本发明制备过程中采用的原料价格较低、制备过程简单。
3、本发明的沸石固载光催化剂在后续应用时，光催化剂利用率较高，产品收率较高，对有机污染物有很高的降解率的同时对自然物质有很好的保护作用。
4、所得沸石固载光催化剂中，光催化剂颗粒很好的被沸石单晶包裹，且光催化剂的含量可控，质量分数在0.01-80％范围内可调。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
下面的实施例可以使本专业的专业技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
实施例1
将0.1g C3N4分散于80ml的去离子水中，再加入10倍于光催化剂质量的细硅胶，搅拌6小时后，将反应产物取出先洗涤，后干燥，然后加入四丙基氯化铵，氧化铝，模板剂、铝源、硅源的摩尔比为5:0.6:10。研磨后，装入反应釜，100℃固相晶化24小时，洗涤烘干后在马弗炉中400℃下焙烧4小时烧去模板剂后，最终得到的沸石固载光催化剂，其中C3N4的质量分数为0.01％，硅铝比为15，比表面积为50m2/g。
实施例2
将0.08g C3N4分散于80ml的去离子水中，再加入15倍于光催化剂质量的正硅酸四乙酯，搅拌10小时后，将反应产物取出先洗涤，后干燥，然后加入四丙基氢氧化铵，铝酸钠，模板剂、铝源、硅源的摩尔比为0.01:0.6:10。研磨后，装入反应釜，120℃固相晶化96小时，洗涤烘干后在马弗炉中400℃下焙烧6小时烧去模板剂后，最终得到的沸石固载光催化剂，其中C3N4的质量分数为0.8％，硅铝比为22，比表面积为200m2/g。
实施例3
将0.15g C3N4分散于80ml的去离子水中，再加入20倍于光催化剂质量的白炭黑，搅拌24小时后，将反应产物取出先洗涤，后干燥，然后加入四丙基溴化铵，模板剂、硅源的摩尔比为10:10。研磨后，装入反应釜，200℃固相晶化168小时，洗涤烘干后在马弗炉中600℃下焙烧10小时烧去模板剂后，最终得到的沸石固载光催化剂，其中C3N4的质量分数为3％，硅铝比为∞，比表面积为1000m2/g。
实施例4
将0.5g钙钛矿分散于80ml的去离子水中，再加入10倍于光催化剂质量的水玻璃，搅拌6小时后，将反应产物取出先洗涤，后干燥，然后加入四丙基氯化铵，氧化铝，模板剂、铝源、硅源的摩尔比为5:0.4:10。研磨后，装入反应釜，100℃固相晶化24小时，洗涤烘干后在马弗炉中400℃下焙烧4小时烧去模板剂后，最终得到的沸石固载光催化剂，其中钙钛矿的质量分数为80％，硅铝比为27，比表面积为550m2/g。
实施例5
将0.1g BiVOx分散于80ml的去离子水中，再加入20倍于光催化剂质量的细硅胶，搅拌6小时后，将反应产物取出先洗涤，后干燥，然后加入四丙基氯化铵，氧化铝，模板剂、铝源、硅源的摩尔比为5:0.6:10。研磨后，装入反应釜，100℃固相晶化24小时，洗涤烘干后在马弗炉中400℃下焙烧4小时烧去模板剂后，最终得到的沸石固载光催化剂，其中BiVOx的质量分数为0.8％，硅铝比为15，比表面积为350m2/g。
实施例6
将0.09g钙钛矿分散于80ml的去离子水中，再加入15倍于光催化剂质量的正硅酸四乙酯，搅拌10小时后，将反应产物取出先洗涤，后干燥，然后加入四丙基氢氧化铵，铝酸钠，模板剂、铝源、硅源的摩尔比为0.01:0.6:10。研磨后，装入反应釜，120℃固相晶化24小时，洗涤烘干后在马弗炉中400℃下焙烧6小时烧去模板剂后，最终得到的沸石固载光催化剂，其中钙钛矿的质量分数为50％，硅铝比为18，比表面积为900m2/g。
实施例7
将0.2g BiVOx分散于80ml的去离子水中，再加入20倍于光催化剂质量的白炭黑，搅拌24小时后，将反应产物取出先洗涤，后干燥，然后加入四丙基溴化铵，模板剂、硅源的摩尔比为10:10。研磨后，装入反应釜，200℃固相晶化168小时，洗涤烘干后在马弗炉中600℃下焙烧10小时烧去模板剂后，最终得到的沸石固载光催化剂，其中BiVOx的质量分数为20％，硅铝比为∞，比表面积为800m2/g。
实施例8
将0.5g BiVOx分散于80ml的去离子水中，再加入10倍于光催化剂质量的水玻璃，搅拌6小时后，将反应产物取出先洗涤，后干燥，然后加入四丙基氯化铵，氧化铝，模板剂、铝源、硅源的摩尔比为5:0.4:10。研磨后，装入反应釜，100℃固相晶化24小时，洗涤烘干后在马弗炉中400℃下焙烧4小时烧去模板剂后，最终得到的沸石固载光催化剂，其中BiVOx的质量分数为10％，硅铝比为29，比表面积为550m2/g。
实施例9
将0.24g SnO2分散于80ml的去离子水中，再加入10倍于光催化剂质量的细硅胶，搅拌6小时后，将反应产物取出先洗涤，后干燥，然后加入四丙基氯化铵，氧化铝，模板剂、铝源、硅源的摩尔比为5:0.6:10。研磨后，装入反应釜，100℃固相晶化24小时，洗涤烘干后在马弗炉中400℃下焙烧4小时烧去模板剂后，最终得到的沸石固载光催化剂，其中SnO2的质量分数为5.7％，硅铝比为14，比表面积为350m2/g。
实施例10
将0.4g SnO2分散于80ml的去离子水中，再加入15倍于光催化剂质量的正硅酸四乙酯，搅拌10小时后，将反应产物取出先洗涤，后干燥，然后加入四丙基氢氧化铵，铝酸钠，模板剂、铝源、硅源的摩尔比为0.01:0.6:10。研磨后，装入反应釜，120℃固相晶化24小时，洗涤烘干后在马弗炉中500℃下焙烧6小时烧去模板剂后，最终得到的沸石固载光催化剂，其中SnO2的质量分数为8％，硅铝比为18，比表面积为200m2/g。
实施例11
将0.35g ZrO2分散于80ml的去离子水中，再加入20倍于光催化剂质量的白炭黑，搅拌24小时后，将反应产物取出先洗涤，后干燥，然后加入四丙基溴化铵，模板剂、硅源的摩尔比为10:7。研磨后，装入反应釜，200℃固相晶化168小时，洗涤烘干后在马弗炉中600℃下焙烧10小时烧去模板剂后，最终得到的沸石固载光催化剂，其中ZrO2的质量分数为60％，硅铝比为∞，比表面积为800m2/g。
实施例12
将0.18g ZrO2分散于80ml的去离子水中，再加入10倍于光催化剂质量的水玻璃，搅拌6小时后，将反应产物取出先洗涤，后干燥，然后加入四丙基溴化铵，异丙醇铝，模板剂、铝源、硅源的摩尔比为5:0.4:10。研磨后，装入反应釜，100℃固相晶化24小时，洗涤烘干后在马弗炉中400℃下焙烧4小时烧去模板剂后，最终得到的沸石固载光催化剂，其中ZrO2的质量分数为2.7％，硅铝比为24，比表面积为550m2/g。
实施例13
将0.5g CdS分散于80ml的去离子水中，再加入10倍于光催化剂质量的水玻璃，搅拌6小时后，将反应产物取出先洗涤，后干燥，然后加入四丙基溴化铵，异丙醇铝，模板剂、铝源、硅源的摩尔比为5:0.4:10。研磨后，装入反应釜，100℃固相晶化24小时，洗涤烘干后在马弗炉中400℃下焙烧4小时烧去模板剂后，最终得到的沸石固载光催化剂，其中CdS的质量分数为50％，硅铝比为26，比表面积为700m2/g。
实施例14
将0.3g CdS分散于80ml的去离子水中，再加入15倍于光催化剂质量的正硅酸四乙酯，搅拌10小时后，将反应产物取出先洗涤，后干燥，然后加入四丙基氢氧化铵，铝酸钠，模板剂、铝源、硅源的摩尔比为0.01:0.6:10。研磨后，装入反应釜，120℃固相晶化24小时，洗涤烘干后在马弗炉中400℃下焙烧6小时烧去模板剂后，最终得到的沸石固载光催化剂，其中CdS的质量分数为40％，硅铝比为17，比表面积为100m2/g。
实施例15
将0.15g金修饰的氧化钛分散于80ml的去离子水中，再加入10倍于光催化剂质量的水玻璃，搅拌6小时后，将反应产物取出先洗涤，后干燥，然后加入四丙基溴化铵，氧化铝，模板剂、铝源、硅源的摩尔比为0.01:0.2:10。100℃固相晶化24小时，洗涤烘干后在马弗炉中400℃下焙烧4小时烧去模板剂后，最终得到的沸石固载光催化剂，其中金修饰的氧化钛的质量分数为5％，硅铝比为50，比表面积为480m2/g。
实施例16
将0.4g铂修饰的氧化钛分散于80ml的去离子水中，再加入20倍于光催化剂质量的白炭黑，搅拌24小时后，将反应产物取出先洗涤，后干燥，然后加入四丙基溴化铵，，模板剂、硅源的摩尔比为5：3。研磨后，装入反应釜，200℃固相晶化168小时，洗涤烘干后在马弗炉中600℃下焙烧8小时烧去模板剂后，最终得到的沸石固载光催化剂，其中铂修饰的氧化钛的质量分数为65％，硅铝比为∞，比表面积为1000m2/g。
应用示例：
将本发明制备获得的沸石固载光催化剂用于降解水中90％以上5～500ppm的的甲苯、苯酚、4-氯苯酚、硝基苯、苯、乙苯或苯胺。由于沸石的特殊微孔结构，在降解污染物的同时又能保护水中的生物不受破坏。
最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种沸石固载光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将0.08～0.5g光催化剂分散于80ml的去离子水中，再加入10～20倍于光催化剂质量的硅源，搅拌下反应6～24小时；取出反应产物洗涤干燥，与模板剂、铝源混合后研磨；将混合物装入反应釜，100～200℃固相晶化24～168小时生成具有沸石结构的载体；洗涤烘干后在马弗炉中400～600℃下焙烧4～10小时烧去模板剂后，最终得到的沸石固载光催化剂；
所述光催化剂是钙钛矿、氮化碳、BiVOx、氧化锌、氧化锡、二氧化锆、硫化镉或金属修饰的氧化钛中任意的一种；模板剂、铝源、硅源的摩尔比为0.01～10∶0～0.6∶10；
所述硅源是细硅胶、白炭黑、水玻璃或正硅酸四乙酯中任意的一种。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述模板剂是四丙基氢氧化铵、四丙基氯化铵或四丙基溴化铵中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铝源是铝酸钠、氧化铝或异丙醇铝中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，制备获得的沸石固载光催化剂的比表面积为50～1000m2/g；光催化剂颗粒是负载在沸石晶体内部的，光催化剂占沸石固载光催化剂的质量分数为0.01～80％。
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