CN106669767A - 纳米Cu2O/Ag/TiO2‑沸石杂化介孔分子筛复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及纳米Cu2O/Ag/TiO2‑沸石杂化介孔分子筛复合材料的制备方法，该方法具体包括以下步骤：(1)将沸石前驱体加入到介孔分子筛的碱溶液中，充分混合，于90‑150℃下反应1‑5小时，制得水凝胶；(2)将纳米Ag和纳米Cu2O和TiO2加入到水凝胶中，混合均匀，制得混合凝胶；(3)将混合凝胶进行晶化处理，待晶化处理结束后，经分离、洗涤、干燥，制得中间体；(4)将中间体进行高温煅烧，即制得所述的纳米Cu2O/Ag/TiO2‑沸石杂化介孔分子筛复合材料。与现有技术相比，本发明以硅源和铝源合成的沸石前驱体，通过将其引入介孔分子筛的孔壁，并且添加纳米Ag和纳米Cu2O和TiO2，提高复合材料分离和降解有机污染物的效率，制备过程简单，灵活性高，具有很好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于复合材料的技术领域，涉及一种纳米Cu2O/Ag/TiO2-沸石杂化介孔分子筛复合材料的制备方法。
背景技术
随着农业和工业的迅猛发展，产生的大量废水对自然环境和人体等造成了极大的危害。农业和工业废水富含有机污染物，例如，抗生素、腐植酸等。高浓度有机污染物导致了环境破坏。畜牧业、城市和农业废水，工业废水都会增加水环境中的有机物浓度。富含高浓度有机物的废水来源多、排放量大，未经处理或处理不完全的废水会给环境造成极大的危害。因此，高浓度有机污染物的处理现已备受人们的关注，我国已将有机物纳入“十二五”的总量控制指标中。
半导体光催化剂由于具有稳定性高、效率高、成本低、清洁无毒、不易造成二次污染等优异性能，被普遍认定为新型绿色催化剂，在各种环境净化领域都有广范的应用前景。随着环境污染问题日益加剧，半导体光催化剂越来越受到人们的重视。在光催化领域，TiO2一直都是研究的热点。但是其禁带宽度比较大(3.2eV)，只能被紫外光激发产生光催化活性，同时，光生电子和空穴复合速度快、复合率高，这些缺点导致其难以工程化应用。因此，为了充分利用太阳光，提高材料本身的光催化性能，开发可见光响应TiO2光催化剂将是光催化领域的重点。
与以前的专利相比，本专利将Cu2O、Ag和TiO2与杂化介孔分子筛结合，可以调节介孔的孔径，吸附不同分子半径的有机物，并具有离子交换性能，有利于去除阳离子型有机物。另外将纳米级的光催化负载在介孔分子筛的载体上，有利于将光催化剂的回收，避免了纳米颗粒对水的二次污染。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种有利于降解水中不同种类的有机物的纳米Cu2O/Ag/TiO2-沸石杂化介孔分子筛复合材料的制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
纳米Cu2O/Ag/TiO2-沸石杂化介孔分子筛复合材料的制备方法，该方法具体包括以下步骤：
(1)将沸石前驱体加入到介孔分子筛的碱溶液中，充分混合，于90-150℃下反应1-5小时，制得水凝胶；
(2)将纳米Ag和纳米Cu2O和TiO2加入到水凝胶中，混合均匀，制得混合凝胶；
(3)将混合凝胶进行晶化处理，待晶化处理结束后，经分离、洗涤、干燥，制得中间体；
(4)将中间体进行高温煅烧，即制得所述的纳米Cu2O/Ag/TiO2-沸石杂化介孔分子筛复合材料。
步骤(1)所述的碱溶液中沸石前驱体的加入量为：每毫升碱溶液中加入0.1-1g的沸石前驱体。
所述的沸石前驱体包括硅源及铝源，并且所述的硅源、铝源与碱溶液的摩尔比即(SiO2+Al2O3):NaOH:C16TMABr:H2O的摩尔比为1:1-5:1-10:100-500，其中，SiO2:Al2O3的摩尔比为10-50:1。
所述的硅源包括沸石、硅溶胶或水玻璃中的一种或多种。
所述的铝源包括沸石、偏铝酸钠、拟薄水铝石或异丙醇铝中的一种或多种。
所述的碱溶液为摩尔浓度为1-20mol/L的氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。
步骤(2)所述的纳米Ag与水凝胶的质量比为1:1-8，纳米TiO2与水凝胶的质量比为1:2-10，纳米Cu2O与水凝胶的质量比为1:1-15。
纳米Ag的粒径为50nm、纳米TiO2的粒径为50nm，纳米Cu2O的粒径为50nm。
步骤(3)所述的晶化处理的条件为：所述的晶化处理的条件为：于100-150℃，自生压力下进行晶化，控制时间为3-15小时。
步骤(4)所述的高温煅烧的条件为：于300-700℃，在大气压下进行煅烧，控制时间为3-10小时。
本发明将微孔沸石与介孔分子筛相结合，具有更大的比表面积和更强的吸附能力，可以吸附不同大小的有机分子，并与纳米Cu2O、纳米银和二氧化钛相结合，在可见光条件下，对有机污染物的去除效果良好。
本发明中，所述的沸石根据合成方法的不同，可以具有不同的有机污染物吸附容量，本发明方法可以使用任意性质的沸石，也可以通过选择不同的硅源、铝源，控制不同的硅铝比，在碱性条件下合成水凝胶。
与现有技术相比，本发明以硅源和铝源合成的沸石前驱体，通过将其引入介孔分子筛的孔壁，并且添加纳米Cu2O、纳米银和二氧化钛，大大提高了复合材料分离和降解有机污染物的效率，制备过程简单，灵活性高，具有很好的应用前景。
附图说明
图1为实施例1、实施例2、实施例3及实施例4制备的材料对100mL 1×10-5mol L-1亚甲基蓝的去除率图谱。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1：
将天然沸石与氢氧化钠溶液混合，其中，氢氧化钠溶液的浓度为5mol/L，氢氧化钠溶液与沸石的体积重量比(mL溶液/g沸石)为5:1，充分混合后在120℃下反应2小时制备得到沸石前驱体；将沸石前驱体和介孔分子筛MCM-41的碱溶液相混合的水凝胶中，(SiO2+Al2O3):NaOH:C16TMABr:H2O的摩尔比为1:1:2:100，其中，其中，SiO2:Al2O3的摩尔比为30:1。纳米银和二氧化钛与水凝胶进行混合均匀，纳米银与水凝胶的质量比为1:2，所述的二氧化钛与水凝胶的质量比为1:4，纳米Cu2O与水凝胶的质量比为1:5。在105℃和自生压力下进行晶化24小时，再进行分离、洗涤、干燥。最后，在常压条件下，550℃条件下进行煅烧4小时，得到样品。
实施例2：
本实施例纳米银/二氧化钛-沸石杂化介孔分子筛复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将沸石前驱体加入到介孔分子筛的碱溶液中，充分混合，制得水凝胶；
(2)将纳米银和二氧化钛加入到水凝胶中，混合均匀，制得混合凝胶；
(3)将混合凝胶进行晶化处理，结束后，将产物进行分离、洗涤和干燥；
(4)将产物在高温条件下进行煅烧，即制得所述的Cu2O/Ag/TiO2-沸石杂化介孔分子筛复合材料。
步骤(1)中，将硅源和铝源加入到碱溶液中，充分混合，并于130℃下反应3小时，即制得沸石前驱体。硅源为硅溶胶，铝源为偏铝酸钠，碱溶液为摩尔浓度为2mol/L的氢氧化钠溶液。将沸石前驱体加入介孔分子筛的碱溶液中，形成的水凝胶中(SiO2+Al2O3):NaOH:C16TMABr:H2O的摩尔比为1:3:7:200。其中，SiO2:Al2O3的摩尔比为20:1。
步骤(2)中，纳米Ag与水凝胶的质量比为1:6，纳米TiO2与水凝胶的质量比为1:5，纳米Cu2O与水凝胶的质量比为1:3。
步骤(3)中，晶化处理的条件为：在120℃和自生压力下进行晶化，控制时间为8小时。
步骤(4)中所述的煅烧处理的条件为：于600℃，在氮气条件下进行煅烧，控制时间为5小时。
实施例3：
本实施例纳米银/二氧化钛-沸石杂化介孔分子筛复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将沸石前驱体加入到介孔分子筛的碱溶液中，充分混合，制得水凝胶；
(2)将纳米银和二氧化钛加入到水凝胶中，混合均匀，制得混合凝胶；
(3)将混合凝胶进行晶化处理，结束后，将产物进行分离、洗涤和干燥；
(4)将产物在高温条件下进行煅烧，即制得所述的纳米银/二氧化钛-沸石杂化介孔分子筛复合材料。
步骤(1)中，将硅源和铝源加入到碱溶液中，充分混合，并于100℃下反应10小时，即制得沸石前驱体。其中，硅源、铝源与碱溶液的摩尔比为11：3：350。硅源为水玻璃和硅溶胶，铝源为偏铝酸钠，碱溶液为摩尔浓度为7mol/L的氢氧化钾溶液。将沸石前驱体加入介孔分子筛的碱溶液中，形成的水凝胶中(SiO2+Al2O3):NaOH:C16TMABr:H2O的摩尔比为1:4:5:300。其中，SiO2:Al2O3的摩尔比为30:1。
步骤(2)中，纳米Ag与水凝胶的质量比为1:7，纳米TiO2与水凝胶的质量比为1:6，纳米Cu2O与水凝胶的质量比为1:10。
步骤(3)中，晶化处理的条件为：在140℃和自生压力下进行晶化，控制时间为10小时。
步骤(4)中所述的煅烧处理的条件为：于650℃，在空气条件下进行煅烧，控制时间为4小时。
实施例4：
本实施例纳米银/二氧化钛-沸石杂化介孔分子筛复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将沸石前驱体加入到介孔分子筛的碱溶液中，充分混合，制得水凝胶；
(2)将纳米银和二氧化钛加入到水凝胶中，混合均匀，制得混合凝胶；
(3)将混合凝胶进行晶化处理，结束后，将产物进行分离、洗涤和干燥；
(4)将产物在高温条件下进行煅烧，即制得所述的纳米银/二氧化钛-沸石杂化介孔分子筛复合材料。
步骤(1)中，将硅源和铝源加入到碱溶液中，充分混合，并于150℃下反应8小时，即制得沸石前驱体。其中，硅源、铝源与碱溶液的摩尔比为13：7：400。硅源为水玻璃和硅溶胶，铝源为偏铝酸钠，碱溶液为摩尔浓度为6mol/L的氢氧化钾溶液。将沸石前驱体加入介孔分子筛的碱溶液中，形成的水凝胶中(SiO2+Al2O3):NaOH:C16TMABr:H2O的摩尔比为1:3:6:350。其中，SiO2:Al2O3的摩尔比为25:1。
步骤(2)中，纳米Ag与水凝胶的质量比为1:8，纳米TiO2与水凝胶的质量比为1:10，纳米Cu2O与水凝胶的质量比为1:15。
步骤(3)中，晶化处理的条件为：在250℃和自生压力下进行晶化，控制时间为10小时。
步骤(4)中所述的煅烧处理的条件为：于700℃，在空气条件下进行煅烧，控制时间为3小时。
如图1所示，为本发明实施例1、实施例2、实施例3及实施例4制备的材料对100mL 1×10-5mol L-1亚甲基蓝的去除率图谱；由该图谱可以看出，本发明制得的复合材料对100mL1×10-5mol L-1亚甲基蓝的去除率均能达到90％以上，降解有机污染物的效率高，具有很好的应用前景。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.纳米Cu2O/Ag/TiO2-沸石杂化介孔分子筛复合材料的制备方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：
(1)将沸石前驱体加入到介孔分子筛的碱溶液中，充分混合，于90-150℃下反应1-5小时，制得水凝胶；
(2)将纳米Ag和纳米Cu2O和TiO2加入到水凝胶中，混合均匀，制得混合凝胶；
(3)将混合凝胶进行晶化处理，待晶化处理结束后，经分离、洗涤、干燥，制得中间体；
(4)将中间体进行高温煅烧，即制得所述的纳米Cu2O/Ag/TiO2-沸石杂化介孔分子筛复合材料。
2.根据权利要求1所述的纳米Cu2O/Ag/TiO2-沸石杂化介孔分子筛复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的碱溶液中沸石前驱体的加入量为：每毫升碱溶液中加入0.1-1g的沸石前驱体。
3.根据权利要求2所述的纳米Cu2O/Ag/TiO2-沸石杂化介孔分子筛复合材料的制备方法，其特征在于，所述的沸石前驱体包括硅源及铝源，并且所述的硅源、铝源与碱溶液的摩尔比即(SiO2+Al2O3):NaOH:C16TMABr:H2O的摩尔比为1:1-5:1-10:100-500，其中，SiO2:Al2O3的摩尔比为10-50:1。
4.根据权利要求3所述的纳米Cu2O/Ag/TiO2-沸石杂化介孔分子筛复合材料的制备方法，其特征在于，所述的硅源包括沸石、硅溶胶或水玻璃中的一种或多种。
5.根据权利要求3所述的纳米Cu2O/Ag/TiO2-沸石杂化介孔分子筛复合材料的制备方法，其特征在于，所述的铝源包括沸石、偏铝酸钠、拟薄水铝石或异丙醇铝中的一种或多种。
6.根据权利要求2所述的纳米Cu2O/Ag/TiO2-沸石杂化介孔分子筛复合材料的制备方法，其特征在于，所述的碱溶液为摩尔浓度为1-20mol/L的氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。
7.根据权利要求1所述的纳米Cu2O/Ag/TiO2-沸石杂化介孔分子筛复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的纳米Ag与水凝胶的质量比为1:1-8，所述的纳米TiO2与水凝胶的质量比为1:2-10，纳米Cu2O与水凝胶的质量比为1:1-15。
8.根据权利要求1所述的纳米Cu2O/Ag/TiO2-沸石杂化介孔分子筛复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述的晶化处理的条件为：于100-150℃，自生压力下进行晶化，控制时间为3-15小时。
9.根据权利要求1所述的纳米Cu2O/Ag/TiO2-沸石杂化介孔分子筛复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述的高温煅烧的条件为：于300-700℃，在大气压下进行煅烧，控制时间为3-10小时。
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