CN111905801A - 一种可见光催化剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种可见光催化剂及其制备方法和应用。本发明首先提供一种碳修饰的沸石材料，其包括以掺杂入沸石骨架的形式和/或附着于孔隙内的形式存在的碳，以沸石材料的总重量为100％计，碳的含量为0.01％～90％。本发明通过调控沸石制备过程中的煅烧条件，可将母体沸石中的有机模板剂转化为碳，使其掺杂到沸石的骨架中和/或附着在沸石孔中，从而有效减小沸石的能带间隙宽度，将其由非可见光响应的材料转化为可见光催化剂。本发明所提供碳修饰沸石可见光催化剂安全、无生物毒性，光催化性能优异，具备大规模生产应用的潜力，可广泛用于空气净化、水体污染防治、杀菌消毒和除臭等领域。

Description

一种可见光催化剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种可见光催化剂及其制备方法和应用，属于功能材料技术领域。
背景技术
半导体光催化剂可在合适的光源(如太阳光)下产生具有氧化还原作用的空穴和电子，可用来高效降解污染物。因此，光催化技术被认为是一种解决环境污染问题的有效途径。然而，现有技术中大多数光催化剂只能被紫外光激发。紫外光只占太阳光光谱的4％，这严重阻碍了光催化剂的广泛应用。
此外，光催化剂的制备需要考虑成本及规模，但现有技术中光催化剂合成复杂，成本高，目前难以大规模生产及应用。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种新的光催化剂材料。
本发明的另一个目的在于提供所述新的光催化剂材料的制备方法。
本发明的另一个目的在于提供所述新的光催化剂材料的应用。
为达上述目的，首先，本发明提供了一种碳修饰的沸石材料，其包括以掺杂入沸石骨架的形式和/或附着于孔隙内的形式存在的碳，以沸石材料的总重量为100％计，碳的含量为0.01％～90％。
沸石在现有技术中是一种重要的功能性环境材料，因其独特的优势如高比表面积及热稳定性等，已经被大批量工业化生产及应用，例如石化产业中最重要的热催化剂和气体分离工业中的吸附剂。然而其能带间隙宽度过大，沸石无法被可见光激发，沸石本身不具备可见光催化性。
本发明的研究发现，将碳掺杂入沸石骨架和/或附着于孔隙内，所得到的碳修饰的沸石材料将具备可见光响应效果，从而这样的沸石材料可用作光催化剂特别是可见光催化剂。
根据本发明的具体实施方案，本发明的碳修饰的沸石材料中，碳的含量优选为1％～20％。
根据本发明的具体实施方案，本发明的碳修饰的沸石材料中，以掺杂入沸石骨架的形式存在的碳的量，占总碳量的0.2％以上，优选占总碳量的2％以上。
根据本发明的具体实施方案，本发明的碳修饰的沸石材料，其能带间隙宽度为1.8eV～3.1eV。
另一方面，本发明还提供了所述的碳修饰的沸石材料的制备方法，其包括将采用有机模板法水热反应得到的产物进行煅烧制备沸石的过程，其中，煅烧过程在含有氧气和惰性气体的气体氛围下进行，气体氛围中氧气的体积分数为0％～95％。
本发明的碳修饰的沸石材料的制备方法中，采用有机模板法水热反应的过程可以参照所属领域的现有技术进行。
在传统的沸石合成过程中，需要通过在空气中煅烧来移除沸石孔隙内所有的有机模板剂，从而形成多孔结构。本发明中，通过调控煅烧条件，不仅能保证沸石的多孔结构，还能将有机模板剂转化为碳，使其掺杂到沸石的骨架里和/或附着在沸石孔里，有效减小沸石的能带间隙宽度，提高其可见光响应。
根据本发明的具体实施方案，本发明的碳修饰的沸石材料的制备方法，其包括：
将包括有机模板剂、硅源、铝源的沸石原材料混合体系置于反应釜中进行水热反应；
将水热反应完成后的产物进行离心、洗涤、烘干和研磨；
将研磨后的产物在含有氧气和惰性气体的气体氛围下进行煅烧。
根据本发明的具体实施方案，本发明的碳修饰的沸石材料的制备方法中，有机模板剂包括N,N,N-1-三甲基金刚烷氢氧化铵、四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵、四乙基氟化铵、氯化胆碱、苄基三甲基氯化铵、氢氧化胆碱、溴化十六烷基三甲铵、N,N-二甲基-3,5-二亚甲基-哌啶、二甲基十八烷基(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)氯化铵、正丁胺、乙胺、异丙胺、乙二胺、乙醇等中的一种或多种。
根据本发明的具体实施方案，本发明的碳修饰的沸石材料的制备方法中，所述硅源包括四乙氧基硅烷、二氧化硅等；所述铝源包括三乙醇铝、偏铝酸钠、氢氧化铝、拟薄水铝石、水合氧化铝、硫酸铝、硝酸铝、氯化铝等中的一种或几种。
根据本发明的具体实施方案，本发明的碳修饰的沸石材料的制备方法中，合成沸石的原料中还可包括金属盐和/或碱性物质，其中，金属盐包括钠盐或钾盐等，碱性物质包括氢氧化钠和氢氧化钾等。
根据本发明的具体实施方案，本发明的碳修饰的沸石材料的制备方法中，水热反应的条件为：加热温度为50℃～200℃，加热时间为1～6天。
根据本发明的具体实施方案，本发明的碳修饰的沸石材料的制备方法中，煅烧过程气体氛围中的惰性气体包括N2、Ar、He等气体中的一种或多种。
根据本发明的具体实施方案，本发明的碳修饰的沸石材料的制备方法中，煅烧过程气体氛围中氧气的体积分数为0.1％～20％。
根据本发明的具体实施方案，本发明的碳修饰的沸石材料的制备方法中，煅烧温度为200℃～1200℃，煅烧时间为0.5～36小时。优选地，煅烧温度为300℃～1000℃，煅烧时间为2～24小时。
在本发明的一些具体实施方案中，制备了具有可见光响应的CHA型沸石光催化剂，具体的制备方法包含以下步骤：
步骤一，将一定量的有机模板剂及硅源溶于水中，随后向该溶液中加入一定量的铝源，室温下搅拌均匀；
进一步地，有机模板剂优选N,N,N-1-三甲基金刚烷氢氧化铵，硅源优选四乙氧基硅烷，铝源优选三乙醇铝；
步骤二，将上述溶液转移至高压反应釜中进行加热，然后将所得白色产物进行离心、洗涤、烘干和研磨；
优选地，步骤二中溶液体积为40mL～90mL，高压反应釜体积为50mL～250mL，加热温度为80℃～200℃，加热时间为1～6天；
步骤三，将白色产物置于管式炉中煅烧；
进一步地，煅烧气氛为氧气-惰性气体(如氩气、氦气、氮气等)的氛围。其中氧气的体积分数为0％-95％，优选地，氧气体积分数为0.1％～20％；
进一步地，煅烧温度为200℃～1200℃，优选地，煅烧温度为300℃～1000℃；
进一步地，煅烧时间为0.5～36小时，优选地，煅烧时间为2～24小时。
在本发明的另一些具体实施方案中，制备了具有可见光响应的BEA型沸石光催化剂，具体的制备方法包含以下步骤：
步骤一，将一定量的有机模板剂、硅源、钠盐及钾盐溶于水中，室温下搅拌均匀，形成溶液A；
进一步地，有机模板剂优选四甲基氢氧化铵，钠盐优选氯化钠，钾盐优选氯化钾；
步骤二，将一定量的二氧化硅溶液与A溶液混合，搅拌均匀，形成溶液B；
步骤三，将一定量的碱性物质及钠盐溶解于水中，形成溶液C；
步骤四，将溶液B与溶液C混合并搅拌均匀，形成溶液D；
步骤五，将上述溶液D转移至高压反应釜中进行加热，然后将所得产物进行离心、洗涤、烘干和研磨；
优选地，步骤五中溶液体积为40mL～90mL，高压反应釜体积为50mL～200mL，加热温度为50℃～200℃，加热时间为1～48小时；
步骤六，将产物粉末置于管式炉中煅烧；
进一步地，煅烧气氛为氧气-惰性气体(如氩气、氦气、氮气等)的氛围。其中氧气的体积分数为0％-95％，优选地，氧气体积分数为0.1％～20％；
进一步地，煅烧温度为200℃～1200℃，优选地，煅烧温度为300℃～1000℃；
进一步地，煅烧时间为0.5～36小时，优选地，煅烧时间为2～24小时。
另一方面，本发明还提供了所述的碳修饰的沸石材料作为光催化剂的应用。本发明的碳修饰的沸石材料可被紫外光或可见光激发，特别是具备可见光响应效果。可见光在太阳光谱中的比例高达40％，本发明的可见光催化剂相比于传统紫外光催化剂将更具有应用优势。
另一方面，本发明还提供了一种光催化剂，其包括本发明所述的碳修饰的沸石材料。本发明所述的碳修饰的沸石材料可直接作为光催化剂，也可进一步经加工成特定形状、或是与其他物质复配后制备光催化剂产品。
另一方面，本发明还提供了本发明所述的碳修饰的沸石材料或所述的光催化剂在降解有机物(例如降解水体中的染料、降解空气中的甲醛等)、杀菌消毒、除臭(例如杀灭水体中的细菌等)、能源生产(例如氢气生产、二氧化碳还原等)中的应用。
本发明提供的可见光催化剂具有以下有益的效果：
本发明提出一种简便易行的方法制备可见光响应的沸石催化剂，直接利用沸石生长过程中加入的有机模板剂为碳源，通过控制煅烧过程中氧气的供给量，将碳元素修饰到沸石中。这样不仅可有效降低沸石材料的能带间隙，使得沸石能被可见光激发并产生大量的电子和空穴，还可提高光激发电子密度，降低电子-空穴的复合率，有效提高其光催化活性。沸石材料已经实现大规模生产应用，通过本发明提出的方法，只需改变传统的煅烧条件，便可以大批量地得到低成本、稳定的可见光响应的沸石光催化剂，且具备优异的光催化性能。本发明为可见光催化剂的大规模制备提供了新的途径，所制备的碳修饰沸石材料将在环境治理领域具有空前的潜力与价值。
附图说明
图1为碳修饰CHA型沸石光催化剂中的碳含量与煅烧过程氧气体积分数的关系图。
图2为碳修饰CHA型沸石光催化剂的SEM图谱。
图3为纯CHA型沸石及碳修饰CHA型沸石光催化剂(含碳量7％)的XRD图谱。
图4为纯CHA型沸石及碳修饰CHA型沸石光催化剂(含碳量7％)的紫外-可见光漫反射图谱。
图5为碳修饰CHA型沸石光催化剂(含碳量0.4％)的能带间隙图谱。
图6为碳修饰CHA型沸石光催化剂(含碳量7％)的能带间隙图谱。
图7为碳修饰CHA型沸石光催化剂(含碳量27％)的能带间隙图谱。
图8为纯CHA型沸石及碳修饰CHA型沸石光催化剂(含碳量7％)的Si 2p XPS图谱。
图9为碳修饰CHA型沸石光催化剂(含碳量7％)的硅元素核磁共振图谱。
图10为碳修饰CHA型沸石光催化剂(含碳量7％)测试碳含量的EDX图谱。
图11为碳修饰BEA型沸石光催化剂(含碳量7％)中的碳含量与煅烧过程氧气体积分数的关系图。
图12为纯BEA型沸石及碳修饰BEA型沸石光催化剂(含碳量7％)的紫外-可见光漫反射图谱。
图13为碳修饰BEA型沸石光催化剂(含碳量0.9％)的能带间隙图谱。
图14为碳修饰BEA型沸石光催化剂(含碳量7％)的能带间隙图谱。
图15为碳修饰BEA型沸石光催化剂(含碳量35％)的能带间隙图谱。
图16为碳修饰BEA型沸石光催化剂(含碳量7％)测试碳含量的EDX图谱。
图17显示碳修饰CHA型沸石(含碳量7％)及BEA型沸石光催化剂(含碳量7％)在可见光下降解罗丹明B的效果。
图18显示碳修饰CHA型沸石(含碳量27％)及BEA型沸石光催化剂(含碳量35％)在可见光下降解罗丹明B的效果。
图19显示碳修饰CHA型沸石(含碳量0.4％)及BEA型沸石光催化剂(含碳量0.9％)在可见光下降解罗丹明B的效果。
图20显示碳修饰CHA型沸石(含碳量7％)及BEA型沸石(含碳量7％)光催化剂的在可见光下杀菌的效果。
图21显示碳修饰CHA型沸石及BEA型沸石光催化剂的在可见光下分解甲醛气体的效果。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
实施例1
将39.6g三甲基金刚烷氢氧化铵水溶液(质量分数为25％)及19.5g四乙氧基硅烷溶解于4.05g水中并搅拌均匀。然后向此溶液中加入1.05g三乙醇铝并搅拌均匀。随后将上述溶液转移至高压反应釜中，在烘箱内加热6天，加热温度为140℃，得到白色产物。对所得白色产物进行离心、洗涤、烘干和研磨。然后将产物置于管式炉中煅烧8h，煅烧气氛为氧气-氦气气体氛围，其中氧气的体积分数分别控制在0％、2.5％、5％、10％，、15％，煅烧温度为550℃。当氧气体积分数为2.5％～10％时，可以保证有机模板剂全部(或绝大部分)被转换成单一形式的碳，含碳量约在2％～10％。这种碳会以掺杂的形式进入到沸石骨架中，从而减小沸石的能带间隙，提高其光吸收能力和光催化活性。当氧气体积分数小于2.5％时，有机模板剂会转化为两种形式的碳，一种碳会以掺杂的形式进入到沸石骨架中，另一种碳会附着在沸石的孔隙中，总含碳量约在20％～50％。附着在沸石的孔隙中的碳虽然也可提高沸石的光催化活性，但其效果要弱于掺杂形式的碳。当氧气体积分数高于10％时，有机模板剂会完全转化为掺杂形式的碳进入沸石骨架，然而碳的含量会较少，仅有0.1％～5％，对光催化活性的提高效果也会减弱。煅烧后得到的固体粉末即为碳修饰CHA型沸石光催化剂。
作为对比，制备了不含碳的纯CHA型沸石，制备方法与碳修饰CHA型沸石光催化剂类似，但煅烧气氛为空气。
碳修饰CHA型沸石光催化剂中的碳含量与煅烧过程中氧气的体积分数关系如图1。当煅烧过程中氧气的体积分数分别为0％、2.5％、5％、10％及15％时，对应的碳修饰CHA型沸石光催化剂中的碳含量分别为27％、10％、7％、2％及0.4％。
以5％氧气下煅烧得到的碳修饰CHA型沸石光催化剂(含碳量7％)为例，其形貌见图2，催化剂呈均匀的卵形，长度约为1微米，宽度约为0.5微米。
如图3所示，纯CHA型沸石、碳修饰CHA型沸石光催化剂(含碳量7％)的XRD图谱无明显区别，说明碳修饰的沸石保留了CHA型沸石的结构。
如图4所示，与纯CHA型沸石相比，碳修饰CHA型沸石(含碳量7％)的可见光吸收范围明显增加，光响应范围从450nm及以下提高到了800nm及以下，光吸收区间从紫外区拓宽到了可见光区及红外光区，且光吸收强度极大提高。
如图5～图7所示，含碳量为0.4％、7％及27％的碳修饰CHA型沸石光催化剂的能带间隙分别为3.1eV、2.6eV及1.8eV。
图8显示了碳修饰CHA型沸石(含碳量7％)的硅XPS图谱，可以看出，除了代表沸石主要成分SiO2的Si-O键的峰以外，还出现了SiO3C的峰，在对应的碳修饰CHA型沸石的核磁共振图谱中(图9)，-66ppm处也发现了代表SiO3C的峰，以上结果表明至少有一部分碳取代了沸石骨架中的氧原子掺杂进了沸石骨架内。
通过能量色散X射线光谱(EDX)(图10)测试出该碳修饰CHA型沸石中碳含量约为7％，其中以掺杂入沸石骨架的形式存在的碳的量约占总碳量的4％。
实施例2
将89.6g四乙基氢氧化铵，0.53g氯化钠及1.44g氯化钾溶于59.4g水中，室温下搅拌均匀，作为溶液A。将29.54g二氧化硅(纯度99％)与A溶液混合，搅拌均匀，作为溶液B。将0.33g氢氧化钠及1.79g氯酸钠溶解于20g水中，形成溶液C。将溶液B与溶液C混合并搅拌均匀，随后转移至高压反应釜中加热，加热温度为135℃，加热时间为20小时。将所得产物收集、烘干并研磨，然后将产物置于管式炉中煅烧，煅烧气氛为氧气-氦气气体氛围，其中氧气的体积分数分别为0.1％、1.5％及10％，煅烧温度为550℃，煅烧时间为8h。由于BEA沸石中有机模板剂的含量要低于CHA型沸石，所以于煅烧气流中氧气的体积分数有所改变。当氧气体积分数为1％～5％时，可以保证有机模板剂全部(或绝大部分)被转换成掺杂形式的碳进入沸石骨架，含碳量约在5％～20％，可有效减小沸石的能带间隙，提高其光吸收能力和光催化活性。当氧气体积分数小于1％时，有机模板剂会转化为两种形式的碳，其中一种碳会以掺杂的形式进入到沸石骨架中，另一种碳会附着在沸石的孔隙中，总含碳量约在20％～90％。附着在沸石的孔隙中的碳虽然也可提高沸石的光催化活性，但其效果要弱于掺杂形式的碳。当氧气体积分数高于5％时，有机模板剂会完全转化为掺杂形式的碳进入沸石骨架，然而碳的含量仅有0.1％～5％，对光催化活性的提高效果也会减弱。煅烧后得到的固体粉末即为碳修饰BEA型沸石光催化剂。
作为对比，制备了不含碳的纯BEA型沸石，制备方法与碳修饰BEA型沸石光催化剂类似，但煅烧气氛为空气。
碳修饰BEA型沸石光催化剂中的碳含量与煅烧过程中氧气的体积分数关系如图11。当煅烧过程中氧气的体积分数分别为0.1％、1.5％及5％时，对应的碳修饰BEA型沸石光催化剂中的碳含量分别为35％、7％及0.9％。
如图12所示，与纯BEA型沸石相比，碳修饰BEA型沸石(含碳量7％)的光吸收能力明显提高，且光吸收范围极大增加，从350nm及以下增加到了800nm及以下，吸光区域从紫外区拓宽到了可见光区及红外光区。
如图13～图15所示，含碳量为0.9％、7％及35％的碳修饰BEA型沸石光催化剂的能带间隙分别为3.0eV、2.2eV及2.1eV。
碳修饰BEA型沸石EDX图谱(图16)中出现了碳的峰，说明碳修饰进了BEA型沸石中，EDX测试还显示在1.5％氧气下煅烧所制备的碳修饰BEA型沸石中的碳含量约为7％，其中以掺杂入沸石骨架的形式存在的碳的量约占总碳量的4％。
实施例3
将0.05g上述实施例1中在5％体积分数的氧气下煅烧制备的碳修饰CHA型(含碳量7％)或实施例2中在1.5％体积分数的氧气下煅烧制备的碳修饰BEA型沸石光催化剂(含碳量7％)分散于50mL罗丹明B染料溶液中，罗丹明B的浓度为50ppm。在室温下，以装有紫外拦截滤光片的300瓦氙灯为可见光光源(≥420nm)进行照射，每20分钟取2mL悬浊液进行离心，然后取1mL上清液，利用紫外-可见光分光光度仪检测罗丹明B的浓度。
如图17所示，在可见光照射下，碳修饰CHA型沸石光催剂可在60min内完全降解罗丹明B，展现出优异的可见光驱动的光催化降解污染物的能力。相比之下，不含碳的纯CHA型沸石在可见光照射下没有光催化活性，罗丹明B染料的浓度无变化。此外，纯BEA型沸石对罗丹明B仅有吸附作用，在黑暗下约可吸附80％的罗丹明B。在可见光照射下，碳修饰BEA型沸石不仅可吸附罗丹明B，还可在20min内迅速降解剩余的罗丹明B。
实施例4
将0.05g上述实施例1中在0％体积分数的氧气下煅烧制备的碳修饰CHA型沸石(含碳量27％)或实施例2中在0.1％体积分数的氧气下煅烧制备的碳修饰BEA型沸石(含碳量35％)光催化剂分散于50mL罗丹明B染料溶液中，罗丹明B的浓度为50ppm。在室温下，以装有紫外拦截滤光片的300瓦氙灯为可见光光源(≥420nm)进行照射，每20分钟取2mL悬浊液进行离心，然后取1mL上清液，利用紫外-可见光分光光度仪检测罗丹明B的浓度。
如图18所示，在可见光照射下，碳修饰CHA型沸石光催剂(含碳量27％)可在60min内能降解75％的罗丹明B，展现出较好的可见光驱动的光催化降解污染物的能力，但其光催化效率要低于实施例3中含碳量7％的碳修饰CHA光催化剂。类似地，在可见光照射下，碳修饰BEA型沸石(含碳量35％)也具有可见光驱动的光催化活性，在60min内能降解100％的罗丹明B，但其光催化效率要低于实施例3中含碳量7％的碳修饰BEA光催化剂，而且罗丹明B的吸附量也有所下降，这是由于沸石孔内附着了较多的碳，占据了一定的孔隙空间。
实施例5
将0.05g上述实施例1中在15％体积分数的氧气下煅烧制备的碳修饰CHA型(含碳量0.4％)或实施例2中在5％体积分数的氧气下煅烧制备的碳修饰BEA型沸石(含碳量0.9％)光催化剂分散于50mL罗丹明B染料溶液中，罗丹明B的浓度为50ppm。在室温下，以装有紫外拦截滤光片的300瓦氙灯为可见光光源(≥420nm)进行照射，每20分钟取2mL悬浊液进行离心，然后取1mL上清液，利用紫外-可见光分光光度仪检测罗丹明B的浓度。
如图19所示，在可见光照射下，碳修饰CHA型沸石光催剂(含碳量0.4％)在60min内仅能降解约20％的罗丹明B，虽然具备可见光驱动的光催化降解污染物的能力，但性能明显低于实例3中含碳量7％的碳修饰CHA光催化剂。另外，在可见光照射下，碳修饰BEA型沸石在60min内仅可降解15％左右的罗丹明B，性能也明显低于实例3中含碳量7％的碳修饰BEA光催化剂。
实施例6
将0.05g实施例1中制备的碳修饰CHA型(含碳量7％)或实施例2中制备的碳修饰BEA型沸石(含碳量7％)光催化剂分散于50毫升K-12型大肠杆菌的分散液中并用磁力搅拌器不断搅拌，其中K-12型大肠杆的浓度为107个/毫升。在室温下，以装有紫外拦截滤光片的300瓦氙灯为可见光光源(≥420nm)进行照射，每10分钟取1mL悬浊液，批次稀释后均匀涂抹在琼脂培养基上，并于37℃下培养18小时，读取并计算细菌菌落数。
如图20所示，在可见光照射下，碳修饰CHA型及BEA型沸石光催剂可分别在40min及60min内完全杀灭大肠杆菌，相比之下，不含碳的沸石在可见光照射下没有光催化杀菌能力。此外，在仅含CHA型或BEA型沸石光催化剂和大肠杆菌(无光照)的体系中，大肠杆菌浓度在60min内无变化，说明CHA型沸石无生物毒性。
实施例7
将0.05g实施例1中制备的碳修饰CHA型沸石光催化剂(含碳量7％)或实施例2中制备的碳修饰BEA型沸石光催化(含碳量7％)剂分散在体积为400mL的透明密封气体反应器底部，然后向反应器中注入一定体积的质量分数为38％的甲醛溶液，在40℃下加热使甲醛完全挥发，甲醛气体初始浓度为200ppm左右。在40℃下，以装有紫外拦截滤光片的300瓦氙灯为可见光光源(≥420nm)进行照射，每15分钟取1mL气体，并用装配有氢火焰离子化检测器的气相色谱测定甲醛浓度。
如图21所示，不含碳的纯CHA型沸石在可见光照射下没有光催化降解甲醛的能力，仅可吸附约20％的甲醛。相比之下，在可见光照射下碳修饰CHA型沸石光催剂可在2小时内可去除80％左右的甲醛气体，其中通过吸附作用去除约20％的甲醛，通过光催化作用降解约60％的甲醛。类似的，不含碳的纯BEA型沸石在可见光照射下也没有光催化降解甲醛的能力，仅可吸附约14％的甲醛，而碳修饰BEA型沸石光催剂可在2小时内可去除73％左右的甲醛气体，其中通过吸附作用去除约14％的甲醛，通过光催化作用降解约59％的甲醛。
本发明直接利用沸石中的有机模板为碳源，通过简单调控煅烧条件，获得了具备可见光响应的沸石光催化剂，操作简便、易于实施，将为可见光催化剂的大规模生产提供可行方法。本发明提出的碳化沸石能被可见光激发，且具备优异的光催化活性。

Claims (10)

1.一种碳修饰的沸石材料，其包括以掺杂入沸石骨架的形式和/或附着于孔隙内的形式存在的碳，以沸石材料的总重量为100％计，碳的含量为0.01％～90％。
2.根据权利要求1所述的碳修饰的沸石材料，其中，碳的含量为1％～20％。
3.根据权利要求1所述的碳修饰的沸石材料，其中，以掺杂入沸石骨架的形式存在的碳的量，占总碳量的0.2％以上，优选占总碳量的2％以上。
4.根据权利要求1所述的碳修饰的沸石材料，其能带间隙宽度为1.8eV～3.1eV。
5.权利要求1～4任一项所述的碳修饰的沸石材料的制备方法，其包括将采用有机模板法水热反应得到的产物进行煅烧制备沸石的过程，其中，煅烧过程在含有氧气和惰性气体的气体氛围下进行，气体氛围中氧气的体积分数为0％～95％；优选为0.1％～20％。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其包括：
将包括有机模板剂、硅源、铝源的沸石原材料混合体系置于反应釜中进行水热反应；
将水热反应完成后的产物进行离心、洗涤、烘干和研磨；
将研磨后的产物在含有氧气和惰性气体的气体氛围下进行煅烧。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，有机模板剂包括N,N,N-1-三甲基金刚烷氢氧化铵、四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵、四乙基氟化铵、氯化胆碱、苄基三甲基氯化铵、氢氧化胆碱、溴化十六烷基三甲铵、N,N-二甲基-3,5-二亚甲基-哌啶、二甲基十八烷基(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)氯化铵、正丁胺、乙胺、异丙胺、乙二胺、乙醇中的一种或多种；
优选地，煅烧温度为200℃～1200℃，煅烧时间为0.5～36小时。
8.权利要求1～4任一项所述的碳修饰的沸石材料作为光催化剂的应用。
9.一种光催化剂，其包括权利要求1～4任一项所述的碳修饰的沸石材料。
10.权利要求1～4任一项所述的碳修饰的沸石材料或权利要求9所述的光催化剂在降解有机物、杀菌消毒、除臭、能源生产中的应用。
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