一種金屬摻雜的非半導體可見光光催化劑及其製備方法與用途的製作方法

2023-08-11 14:02:51

專利名稱：一種金屬摻雜的非半導體可見光光催化劑及其製備方法與用途的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種金屬摻雜的非半導體可見光光催化劑材料，特別是涉及具有高分散、孤立的金屬摻雜磷鋁分子篩MeAPO-5的製備和應用。
技術背景光化學原理認為光催化是光化學和催化科學的交叉點，是指在催化劑參 與下的光化學反應；分子內部不同原子之間的特定電荷轉移形成的準"電子-空 穴對"高能激發態同樣可導致化學反應發生。當前，非半導體光催化劑的開發已成為當前光催化研究的熱點。Anpo等人基於光化學原理提出了高度分散的金屬氧化物在紫外光作用下，能使電子從02—(1) 轉移到M"+d)形成相應的電荷轉移激發態的觀點。Anpo等人通過離子交換以及水 熱合成製得的雜原子分子篩催化劑對N(X和C02的水汽光催化還原具有很好的 活性和選擇性。他們的工作表明，含過渡金屬的Y沸石和MCM-41介孔分子篩能 在骨架內形成孤立的金屬-氧物種電荷轉移激發態[Me(n")+-0-]*，這種激發態類 似於半導體的光生電子-空穴對的作用，具有很強的光催化活性。A.G.Panov等 人發現，經鹼金屬和鹼土金屬離子交換的沸石(如NaX、 NaY、 KY、 BaY和CaY 等)對烴類有機物的可見光光催化氧化具有很高的選擇性。沸石用作光催化劑的研究始於最近幾年，Kato等報導了 HZSM-5和絲光沸 石對甲垸無氧偶聯反應具有光催化活性，認為分子篩中Al-0單元的存在是 HZSM-5和絲光沸石產生光催化活性的活性位。A. Moissette在酸性的Al-ZSM-5 沸石上負載聯苯(BP)時，發現光生電子-空穴對(BP/HnZSM-5+)具有超長的壽命，其中補償離子HT有著重要的作用。福州大學光催化研究所付賢智教授課 題組研究了 ZSM-5沸石對乙烯及甲基橙的光催化性能，發現光催化性能與樣品 中的鐵含量有著良好的對應關係。文獻調研的結果顯示，對雜原子磷鋁分子篩 可見光光催化作用的研究尚少見報導，而且金屬離子一般具有可變價態，具有 催化氧化還原活性，可實現金屬離子催化選擇氧化反應的多相化，這是當今催 化領域中一項十分引人關注的研究課題。雜原子磷鋁分子篩的出現是分子篩發展史中的一個新飛躍，它所具有新型 的晶體結構和獨特性質，特別是由於雜原子引入到磷鋁分子篩的骨架上，極大 地提高了雜原子磷鋁系列分子篩的離子交換性能和催化活性。文獻調研發現， 有關雜原子磷鋁分子篩催化劑的研究工作雖然活躍，可應用於許多烴類的轉化 反應中，如裂解、氫化等，但在光催化這方面的應用相對較少，僅見到FeAPO-5 可用於光催化氡化合成乙二醇等的相關報導，對於雜原子磷鋁分子篩在光催化 降解有機染料方面的應用尚未見報導。發明內容本發明的目的就在於製備金屬雜原子磷鋁分子篩(MeAPO-5)高效可見光 光催化劑。其技術方案如下-我們選擇金屬原子(Mg、 Ni、 Mn、 Fe、 Zn)為活性中心雜原子，AlP04-5分 子篩為載體，經同晶取代合成金屬雜原子磷鋁分子篩(MeAPO-5， Me-Mg、 Ni、 Mn、 Fe、 Zn)，可實現上述分子篩上的高效光催化活性。我們測得五個金屬雜原子磷鋁分子篩均具有AlP04-5分子篩的結構，且具 有良好的結晶度及純度，晶體為六角稜柱體。本發明提供的金屬雜原子磷鋁分子篩MeAPO-5是以磷酸，硝酸鋁，金屬的硫酸鹽或硝酸鹽為原料，TPABr為模板劑，採用水熱法合成，再經過程序升溫 焙燒製備而成。水熱晶化反應過程中，將反應混合液裝入帶有聚四氟乙烯內襯的不鏽鋼高 壓反應釜中，在170 19(TC馬弗爐中，恆溫2天，升溫速率為l°C/hr。晶化完 全後自然降溫至室溫，再用去離子水洗滌至pH為6 7，於100 12(TC烘箱中 烘乾，即得分子篩MeAPO-5原粉。金屬雜原子磷鋁分子篩MeAPO-5可能成為一類新的可見光光催化劑。本發 明製備的催化劑可用於染料溶液的可見光光催化降解，具有良好的光催化性能。
具體實施方式
1、 催化劑的製備本發明提供的五個金屬雜原子磷鋁分子篩MeAPO-5的製備條件和反應方法 相同。稱取原料麟酸，硝酸鋁，金屬的硫酸鹽或硝酸鹽和模板劑四丙基溴化銨 (TPABr)按摩爾比為w(P205): "(A1203): "(MeO): "(TPABr): "(H20)= 1: (0'7 0.9): (0.06 0.25):(1.0 1.5):(50 100)的比例，充分攪拌混合均勻後，裝入密閉的帶 有聚四氟乙烯內襯的lOOmL的不鏽鋼高壓反應釜中，在170 190。C馬弗爐中晶 化48hr，升溫速率為rC/hr。晶化完全後自然降溫至室溫，再用去離子水洗滌 至pH為6 7，於100 120。C烘箱中烘乾，即得分子篩MeAPO-5原粉。經X 射線衍射分析，確定MeAPO-5具有AlP04-5分子篩骨架結構，且具有良好的結 晶度及純度，晶體為六角稜柱體。2、 光催化性能糖試將製備得到催化劑粉末樣品，在間歇式可見光光催化反應器中評價催化劑的光催化活性，結果顯示，以500W的滷鴇燈作為光源，用80mL的10ppm亞 甲基藍為目標降解物，催化劑用量為0.1g，吸附-脫附平衡後，開燈輻照。反應 時間為5hr，脫色率可達92.5%;用容量滴定法間接測定光催化降解過程中染料 亞甲基藍的礦化率為23.7%，而光照24hr後，礦化率可達82.6%。
權利要求
1. 一種金屬摻雜的非半導體可見光光催化劑，其特徵在於主要成分為MeAPO-5，其中Me＝Mg、Ni、Mn、Fe、Zn，具有AlPO4-5分子篩的結構，晶體為六角稜柱體。
2. 權利要求1的金屬摻雜的非半導體可見光光催化劑的製備方法，其特徵在於: 原料磷酸，硝酸鋁，金屬的硫酸鹽或硝酸鹽和模板劑四丙基溴化銨的摩爾比 為"(P205): "(A1203): "(MeO): w(TPABr): "(H20)= 1: (0.7 0.9): (0.06 0.25): (1.0 1.5):(50 100),釆用水熱法製備，170 19(TC馬弗爐中晶化48hr，升 溫速率為lt:/hr，晶化完全後自然降溫至室溫，再用去離子水洗滌至pH為6 7，於100 12(TC烘箱中烘千。
3. —種權利要求1的金屬摻雜的非半導體可見光光催化劑的用途，其特徵在於: 該材料用於染料溶液的可見光光催化降解，具有良好的光催化性能。
全文摘要
一種金屬摻雜的非半導體可見光光催化劑及其製備方法與用途，特別是涉及具有高分散、孤立的金屬摻雜磷鋁分子篩MeAPO-5的製備及其在可見光光催化反應中的應用，其中Me＝Mg，Ni，Fe，Zn，Mn。該材料採用水熱法合成，再經程序升溫焙燒製備而成。以磷酸，硝酸鋁，金屬的硫酸鹽或硝酸鹽為原料和模板劑混合均勻後，裝入反應釜在170～190℃馬弗爐中晶化，升溫速率為1℃/hr。測試表明，MeAPO-5具有AlPO4-5分子篩骨架結構，該材料用於染料溶液的可見光光催化降解，具有良好的光催化性能。
文檔編號B01J29/84GK101259430SQ20071000866
公開日2008年9月10日 申請日期2007年3月6日 優先權日2007年3月6日
發明者李國清, 翁秀蘭, 鄭柳萍, 顏桂煬 申請人:福建師範大學;泉州師範學院