CN106799254B - 一种纳米Cu2O/Ag/TiO2-沸石复合光催化剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种纳米Cu2O/Ag/TiO2‑沸石复合光催化剂的制备方法，该方法具体包括以下步骤：(1)将硅源和铝源加入碱溶液中，充分混合，在某温度条件下，形成沸石前驱体；(2)将纳米Cu2O、Ag和TiO2加入沸石前驱体中，充分混合，制得混合凝胶；(3)将混合凝胶进行晶化处理，待晶化结束后，经分离、洗涤和干燥，得到中间物；(4)经分离、洗涤和干燥后，再经高温煅烧，即制得所述的纳米Cu2O/Ag/TiO2‑沸石复合光催化剂。与现有技术相比，本发明制备过程简单，灵活性高，硅铝比可调范围较大，有效提高了光催化剂降解有机污染物的效率，具有很好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于复合光催化剂技术领域，涉及一种光催化剂的制备方法，尤其是涉及一种纳米Cu2O/Ag/TiO2-沸石复合光催化剂的制备方法。
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。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。光催化还原法是去除有机污染物的有效方法之一，尤其是可见光去除有机污染物的技术比较普遍。其中，由于二氧化钛具有无生物毒性、价格比较低廉、高催化活性等特点，现已广泛应用于光催化降解有机污染物。二氧化钛(TiO2)是一种非常重要的光催化用半导体材料，广泛的用于各种污染物的光降解反应。但是由于其半导体带隙能较大(3.2eV)，所以其光催化活性只限制在光子能量较高的紫外光区域，即二氧化钛只有在紫外光照射条件下，才具有对有机物催化降解的特性。然而太阳光的大部分能量(>70％)集中在可见光区域，为了有效利用太阳能，科研人员做了许多二氧化钛的可见光光催化活性的研究。
不同于以往的专利文献，本发明将改性的沸石与光催化剂相结合，由于制备的光催化剂具有更大的比表面积和更强的吸附能力，并且能在可见光下发生催化反应，对有机污染物的降解效果良好。该制备方法简单易行，
目前，有将纳米Cu2O、Ag和TiO2相结合，可以拓展其在可见光波段的光催化效率。然而，如果仅仅使用纳米Cu2O、Ag和TiO2复合物作为光催化剂，虽然具有良好的光催化效率，但是不易于从水中将其进行分离。因此，将纳米复合物负载于载体中，有利于将其从水中分离。其中，沸石具有比表面积大和高离子交换能力等性质，因此，改性的沸石可以成为纳米Cu2O、Ag和TiO2的良好载体。
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对水中污染物具有良好去除效果，制备工艺简单，经济环保的纳米Cu2O/Ag/TiO2-沸石复合光催化剂的制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种纳米Cu2O/Ag/TiO2-沸石复合光催化剂的制备方法，该方法具体包括以下步骤：
(1)将硅源和铝源加入碱溶液中，充分混合，在某温度条件下，形成沸石前驱体；
(2)将纳米Cu2O、Ag和TiO2加入沸石前驱体中，充分混合，制得混合凝胶；
(3)将混合凝胶进行晶化处理，待晶化结束后，经分离、洗涤和干燥，得到中间物；
(4)将中间物经分离、洗涤和干燥后，再经高温煅烧，即制得所述的纳米 Cu2O/Ag/TiO2-沸石复合光催化剂。
步骤1中所述的硅源、铝源与碱溶液的摩尔比为2-12：1-30：100-500。硅源包括硅溶胶、水玻璃或有机硅化合物中的一种。铝源包括偏铝酸钠、拟薄水铝石或异丙醇铝中的一种。
步骤(1)中所述的碱溶液为摩尔浓度为1-16mol/L的氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。
步骤(2)中所述的纳米Cu2O、Ag和TiO2的总质量与沸石前驱体的质量之比为1：1-25。
步骤(2)中所述的纳米Cu2O、Ag和TiO2的质量之比为1：1-8：1-15。
步骤(1)所述的硅源和铝源加入到碱溶液中，充分混合，并于100-200℃下反应3-25小时，即制得沸石前驱体。
步骤(3)中所述的晶化处理的条件为：于90～150℃，自生压力下进行晶化，控制时间为3-70小时。
步骤(4)中所述的煅烧的条件为：于300～650℃，自生压力下进行晶化，控制时间为3-15小时。
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，本发明制备过程简单，灵活性高，硅铝比可调范围较大，有效提高了光催化剂降解有机污染物的效率，具有很好的应用前景。
附图说明
图1为实施例1制备的光催化剂在可见光照射下对20mL 5×10-6mol L-1亚甲基橙的降解率图谱；
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
本实施例纳米Cu2O/Ag/TiO2-沸石复合光催化剂的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将人工沸石A 5g分散于50mL 10mol/L的NaOH溶液中，在100℃条件下搅拌1小时，形成沸石前驱体；
(2)配制纳米Cu2O、Ag和TiO2混合水溶液，再与沸石前驱体充分混合，制得混合凝胶；
(3)将混合凝胶进行晶化处理，待晶化结束后，经分离、洗涤和干燥，得到中间物；
(4)将中间物经分离、洗涤和干燥后，再经高温煅烧，即制得所述的纳米 Cu2O/Ag/TiO2-沸石复合光催化剂。
步骤(1)中，碱溶液中沸石的加入量为：每毫升碱溶液中加入0.01g的沸石。
步骤(2)中纳米Cu2O、Ag和TiO2的总质量与沸石前驱体的质量之比为1：4。纳米Cu2O、Ag和TiO2的质量之比为1：4：9。
步骤(3)中晶化处理的条件为：在150℃和自生压力条件下进行晶化，控制时间为8小时。
步骤(4)中所述的煅烧的条件为：于550℃，自生压力下进行晶化，控制时间为4小时。
如图1所示，为本实施例光催化剂在可见光照射下对20mL 5×10-6mol L-1亚甲基橙的降解率图谱。
实施例2
本实施例纳米Cu2O/Ag/TiO2-沸石复合光催化剂的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将人工沸石X 10g分散于100mL 12mol/L的NaOH溶液中，在120℃条件下搅拌3小时，形成沸石前驱体；
(2)配制纳米Cu2O、Ag和TiO2混合水溶液，再与沸石前驱体充分混合，制得混合凝胶；
(3)将混合凝胶进行晶化处理，待晶化结束后，经分离、洗涤和干燥，得到中间物；
(4)将中间物经分离、洗涤和干燥后，再经高温煅烧，即制得所述的纳米 Cu2O/Ag/TiO2-沸石复合光催化剂。
步骤(1)中，碱溶液中沸石的加入量为：每毫升碱溶液中加入0.008g的沸石。
步骤(2)中纳米Cu2O、Ag和TiO2的总质量与沸石前驱体的质量之比为1：5。纳米Cu2O、Ag和TiO2的质量之比为1：5：9。
步骤(3)中晶化处理的条件为：在145℃和自生压力条件下进行晶化，控制时间为10小时。
步骤(4)中所述的煅烧的条件为：于650℃，自生压力下进行晶化，控制时间为7小时。
实施例3
本实施例纳米Cu2O/Ag/TiO2-沸石复合光催化剂的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将硅源和铝源加入碱溶液中，充分混合，在某温度条件下，形成沸石前驱体；
(2)将纳米Cu2O、Ag和TiO2加入沸石前驱体中，充分混合，制得混合凝胶；
(3)将混合凝胶进行晶化处理，待晶化结束后，经分离、洗涤和干燥，得到中间物；
(4)将中间物经分离、洗涤和干燥后，再经高温煅烧，即制得所述的纳米 Cu2O/Ag/TiO2-沸石复合光催化剂。
步骤(1)中硅源、铝源与碱溶液的摩尔比为1：2：200。硅源为硅溶胶，铝源为拟薄水铝石。其中，碱溶液为摩尔浓度为9mol/L的氢氧化钾溶液。
步骤(2)中纳米Cu2O、Ag和TiO2的总质量与沸石前驱体的质量之比为1：6。纳米Cu2O、Ag和TiO2的质量之比为1：3：8。
步骤(3)中晶化处理的条件为：在180℃和自生压力条件下进行晶化，控制时间为11小时。
步骤(4)中所述的煅烧的条件为：于500℃，自生压力下进行晶化，控制时间为10小时。
实施例4
本实施例纳米Cu2O/Ag/TiO2-沸石复合光催化剂的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将硅源和铝源加入碱溶液中，充分混合，在某温度条件下，形成沸石前驱体；
(2)将纳米Cu2O、Ag和TiO2加入沸石前驱体中，充分混合，制得混合凝胶；
(3)将混合凝胶进行晶化处理，待晶化结束后，经分离、洗涤和干燥，得到中间物；
(4)将中间物经分离、洗涤和干燥后，再经高温煅烧，即制得所述的纳米 Cu2O/Ag/TiO2-沸石复合光催化剂。
步骤(1)中硅源、铝源与碱溶液的摩尔比为1：7：500。硅源为水玻璃，铝源为异丙醇铝。其中，碱溶液为摩尔浓度为7mol/L的氢氧化钾溶液。
步骤(1)中硅源、铝源与碱溶液的摩尔比为1：3：250。硅源为硅溶胶，铝源为拟薄水铝石。其中，碱溶液为摩尔浓度为6mol/L的氢氧化钾溶液。
步骤(2)中纳米Cu2O、Ag和TiO2的总质量与沸石前驱体的质量之比为1：9。纳米Cu2O、Ag和TiO2的质量之比为1：6：11。
步骤(3)中晶化处理的条件为：在180℃和自生压力条件下进行晶化，控制时间为8小时。
步骤(4)中所述的煅烧的条件为：于550℃，自生压力下进行晶化，控制时间为7小时。
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 (8)
1.一种纳米Cu2O/Ag/TiO2-沸石复合光催化剂的制备方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：
(1)将硅源和铝源加入碱溶液中，充分混合，在某温度条件下，形成沸石前驱体；
(2)将纳米Cu2O、Ag和TiO2加入沸石前驱体中，充分混合，制得混合凝胶；
(3)将混合凝胶进行晶化处理，待晶化结束后，经分离、洗涤和干燥，得到中间物；
(4)将中间物经分离、洗涤和干燥后，再经高温煅烧，即制得所述的纳米Cu2O/Ag/TiO2-沸石复合光催化剂；
步骤(2)中所述的纳米Cu2O、Ag和TiO2的总质量与沸石前驱体的质量之比为1：1-25；
步骤(2)中所述的纳米Cu2O、Ag和TiO2的质量之比为1：1-8：1-15。
2.根据权利要求1所述的一种纳米Cu2O/Ag/TiO2-沸石复合光催化剂的制备方法，其特征在于，所述的硅源、铝源与碱溶液的摩尔比为2-12：1-30：100-500。
3.根据权利要求2所述的一种纳米Cu2O/Ag/TiO2-沸石复合光催化剂的制备方法，其特征在于，所述的硅源包括硅溶胶、水玻璃或有机硅化合物中的一种。
4.根据权利要求2所述的一种纳米Cu2O/Ag/TiO2-沸石复合光催化剂的制备方法，其特征在于，所述的铝源包括偏铝酸钠、拟薄水铝石或异丙醇铝中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种纳米Cu2O/Ag/TiO2-沸石复合光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的碱溶液为摩尔浓度为1-16mol/L的氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。
6.根据权利要求1所述的一种纳米Cu2O/Ag/TiO2-沸石复合光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的硅源和铝源加入到碱溶液中，充分混合，并于100-200℃下反应3-25小时，即制得沸石前驱体。
7.根据权利要求1所述的一种纳米Cu2O/Ag/TiO2-沸石复合光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述的晶化处理的条件为：于90～150℃，自生压力下进行晶化，控制时间为3-70小时。
8.根据权利要求1所述的一种纳米Cu2O/Ag/TiO2-沸石复合光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述的煅烧的条件为：于300～650℃，自生压力下进行晶化，控制时间为3-15小时。
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