一种复合型介孔光催化剂及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于先进纳米材料W及催化剂技术领域，具体设及一种兼具富集与降解功 能的光敏硅烷偶联剂与氧化铁修饰的介孔二氧化娃复合光催化剂的制备及有机污染物光 催化降解应用。
【背景技术】
[0002] 介孔二氧化娃材料由于其较高的比表面积和其独特的孔道结构等特性，在分子 筛、催化剂、吸附材料、和传感器设等领域都有较好的应用。然而，由Si和0原子组合的介孔 二氧化娃材料不具有任何氧化能力和对紫外或可见光的吸收能力，运大大限制了它们在催 化领域特别是光催化领域的应用发展。为了能使其更好的用于光催化研究中，最常见的方 法是设法将半导体纳米粒子高度分散在介孔氧化娃材料中，来得到复合的高效光催化剂。 运类半导体纳米粒子目前已被报道的有二氧化铁，Bi2W〇6，W〇x等。运类复合材料中，介孔的 孔道结构的广泛存在可W避免半导体粒子发生团聚现象，从而易于实现半导体粒子的高分 散负载而获得相对良好的催化活性;然而另一方面，孔道中的存在的纳米粒子不可避免地 占据孔道，造成孔体积牺牲，甚至导致孔道堵塞，从而降低与污染物分子接触的活性位点数 量不利于提升其光催化活性。因此，设法将半导体纳米粒子导入介孔材料骨架而不是孔道 中，既可W实现半导体的负载又能不占据孔道从而利于光催化活性的提高。
[0003]目前的报道中，有将铁、姉、铭、饥、离子等分散在介孔材料的孔壁骨架中，使材料 具有紫外或可见光吸收能力并应用于各类特异性的光催化反应。另外，一些有机功能基团， 如紫罗碱、化嘟等被成功导入到娃质骨架中，得到的复合光催化材料在光解水制氨和二氧 化碳的光还原上都表现了较大的潜力。然而在合成过程中，介孔材料骨架可能会发生巧塌 变形等，制约着此类催化剂的发展。因此如何得到拥有通杨孔道结构，能够较好的负载半导 体使其拥有较宽的吸收光谱特性的高效催化剂仍然是一个巨大的挑战。
【发明内容】
[0004]针对现有技术中的上述技术问题，本发明提供了一种复合型介孔光催化剂及其制 备方法，所述的运种复合型介孔光催化剂及其制备方法解决了现有技术中的介孔光催化剂 中介孔材料骨架可能会发生巧塌变形，影响催化效果的技术问题。
[000引本发明提供了一种介孔二氧化娃复合光催化剂，W二氧化娃为载体，所述的载体 的骨架中渗杂有光敏硅烷偶联剂、所述的载体的纳米孔道中负载有二氧化铁。
[0006]进一步的，所述的孔道的结构为管状或者球形，所述的孔道结构在空间群上为 诉证证，时她，虹細，P证細，P班細，：时姐,Ws/rmc、或老I日細.中一种或者两种W上的混合结 构。
[0007]本发明还提供了上述的一种介孔二氧化娃复合光催化剂的制备方法，包括如下步 骤：
[0008] 1)-个制备光敏硅烷偶联剂的步骤，在200~300°C的溫度下采用热解的方法来制 备光敏硅烷偶联剂；
[0009] 2)-个采用水热法制备骨架光敏硅烷偶联剂改性的介孔氧化娃材料的步骤；
[0010] 3)通过水热后原位负载氧化铁法来制备光敏硅烷偶联剂与氧化铁修饰的介孔二 氧化娃复合催化剂。
[0011] 进一步的，所述一种介孔二氧化娃复合光催化剂的制备方法，包括如下步骤：
[0012] 1)量取N-(e-氨乙基-丫-氨丙基）甲基二甲氧基硅烷于一个反应容器中，在氮气气 氛加热到200~300°C，然后加入巧樣酸，冷却后将其中的黄色粘稠液体取出，用有机溶剂洗 涂后得到光敏硅烷偶联剂，0~5°C冷藏，所述的N-(e-氨乙基-丫-氨丙基）甲基二甲氧基娃 烧和巧樣酸的体积质量比为8~100mL:0.5~100g;
[0013] 2)称取模板剂，氯化钟，加入酸性催化剂，在机械揽拌下，油浴加热到35~50°C使 其溶解成均一溶液，加入娃源和步骤1)制备的光敏硅烷偶联剂，维持35~50°C，继续揽拌15 ~30h后，将反应液转移到另外一个反应容器中，95~105°C下水热15~30h后取出，洗涂后 干燥，得到样品；所述的模板剂、氯化钟、酸性催化剂、娃源和光敏硅烷偶联剂的物料比为 1.2~30g: 1.4~：34g:35~900ml:2~80ml:0.1 ~5ni;
[0014] 3)称取步骤2)的样品和乙酸锭，加入乙醇，85~95°C下回流0.5~1.5小时，离屯、， 水洗涂，干燥后置于管式炉中，进行氮气气氛保护下的般烧，般烧条件为400~500°C下2~ 5h，得到已去除模板剂的样品，所述的步骤2)的样品、乙酸锭、乙醇的物料比为0.4~70g: 0.5~70g:8~150ml;
[0015] 4)称取硫酸铁，溶解在烷基醇中，加入步骤3)产品，常溫下磁力揽拌2~4小时，将 混合溶液转移到水热蓋，在95~300°C下水热3~24小时后，取出洗涂干燥得到最终样品，所 述的硫酸铁、烷基醇、步骤3)产品的物料比为5~1000mg:20~3000ml:l~lOOg。
[0016] 进一步的，所述的娃源为娃酸钢、正娃酸乙醋、正娃酸甲醋中的任意一种W上的组 厶 1=1O
[0017] 进一步的，所使用的娃源是娃酸钢、正娃酸乙醋、正娃酸甲醋中的一种或W上的组 厶 1=1 O
[0018]进一步的，所述的酸性催化剂为盐酸、巧樣酸或醋酸中的一种或W上的组合。
[0019]进一步的，所使用的模板剂表面活性剂选自非离子表面活性剂、阳离子表面活性 剂的一种或W上的组合。
[0020] 进一步的，所述的烷基醇为甲醇、乙醇或异丙醇的任意一种或者W上的组合。
[0021] 进一步的，步骤3)般烧过程中的升溫速率为1~10°C/min。
[0022] 进一步的，步骤2)所使用的模板剂包括非离子表面活性剂(P123)、阳离子表面活 性剂(化TAB)的一种或几种，n= 12-18。
[0023]本发明提出的一种兼具富集与降解功能的光敏硅烷偶联剂与氧化铁修饰的介孔 二氧化娃复合光催化剂，是一种骨架渗杂光敏硅烷偶联剂、纳米孔道负载有二氧化铁光催 化剂的功能性纳米材料。由于在制备过程中骨架引入了光敏硅烷偶联剂，因此该纳米粒子 具有较好的可见光吸收能力；同时由于引入的光敏硅烷偶联剂具有络合金属离子的能力， 通过萃取法除去模板剂后，在材料表面上吸附上铁，再通过水热法使铁晶化，得到具有较好 光催化活性的锐铁矿晶型。运种复合材料由于其表面广泛分布的光敏硅烷偶联剂上丰富的 有机功能基团，对有机污染物具有较好的吸附能力；同时，由于光敏硅烷偶联剂上的氨基等 功能基团对铁的络合作用，可W实现二氧化铁的高分散小粒径的负载;并且光敏硅烷偶联 剂对于有机污染物的吸附能力也便于污染物在碳/铁区周围富集，便于后续的降解行为的 发生;具有可见光吸收能力的光敏硅烷偶联剂也可W敏化二氧化铁，进一步提升复合材料 在可见光照射下的光催化能力，之前吸附上的污染物便可通过光催化降解。
[0024] 目前国内外还没有新型的、兼具富集与降解功能的光敏硅烷偶联剂与氧化铁修饰 的介孔二氧化娃复合光催化剂的报道，本发明通过沉淀-水热法，将氧化铁利用后负载的方 式引入到骨架光敏硅烷偶联剂改性修饰的介孔氧化娃孔道中，从而制备了具有富集-降解 功能的介孔二氧化娃复合光催化剂。通过运种方法制备的复合光催化剂具有W下特点：（1) 复合光催化剂具有可见光吸收能力，在可见光区可W实现对有机污染物的降解；（2)具有良 好的有机污染物吸附、富集性能；（3)反应条件溫和，制备简单，易重复。
[0025] 本发明与现有技术相比，其技术进步是显著的。因光敏硅烷偶联剂具有吸附有机 污染物的能力，可W实现碳区上二氧化铁周围有机污染物的富集，同时光敏硅烷偶联剂也 具有可