一种Fe₂O₃/Ti-MCM-41介孔复合材料的制备方法

专利名称：一种Fe₂O₃/Ti-MCM-41介孔复合材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种i^e203/Ti-MCM-41介孔复合材料的制备方法，该种介孔复合材料用于治理室内空气污染物甲醛。
背景技术：
随着室内装修的流行和普及，大量含有易挥发性的装饰材料的使用，使得室内污染物浓度增高。甲醛是室内空气污染物的重要组成成分，典型的醛类有机挥发物之一，多以树脂粘合剂的形式存在于材料的深部，不易彻底释放，具有长期性，潜伏性的特点。甲醛是原浆毒物质，对人体有刺激危害作用，一定浓度的甲醛还有致癌致畸作用，对老人，小孩和妇女的危害尤为重大。目前甲醛的主要治理技术有自然通风法，吸附法，臭氧去除法，非平衡态等离子技术和光催化技术等。自然通风法受时间和周围环境的限制较大，尤其是晚上或者开空调时很少采用开窗通风法；另外，室外污染物浓度较高时，开窗还可能引起污染物的倒灌。吸附法因设备简单，操作方便而得到广泛的使用，但是吸附材料存在吸附饱和的问题，并且所吸附的污染物有可能游离出来造成二次污染。臭氧去除法和非平衡态等离子技术因操作过程复杂，使用条件严格等而无法得到广泛的应用。光催化技术能在常温常压下有效的降解室内空气污染分子，且降解彻底，性能稳定，因此受到了广泛的关注，是最具应用前景的室内污染物处理技术。常见的光催化剂包括 TiO2, ZnO2, Fe203> CdS和WO3等。其中TW2具有良好的抗光腐蚀性和催化活性、性能稳定、 价廉易得、无毒无害，是目前公认的最佳光催化剂。但是也存在着自身的局限，如TiO2吸附能力较低导致光催化效率较低；禁带宽，只对紫外光响应，太阳光利用率低。2010年12月， 金永飞等人在第4期洁净与空调技术上发表了题为“Ti02/ACF复合材料降解甲醛的实验研究”的论文，文中所述的材料对甲醛的去除率可达90%，但是材料只能对紫外光响应，无法利用太阳光。何红运等人在湖南师范大学自然科学学报2009年第32卷第3期上发表了题为“Ti-Fe-B沸石的合成与结构表征”的论文，文中对材料的合成进行了研究，但是并未对其应用尤其是室内污染物甲醛的去处应用进行研究，且B沸石相对于已经广泛应用的MCM-41 而言，吸附性和选择性催化方面仍显不足。

发明内容
本发明公开了一种i^e203/Ti-MCM-41介孔复合材料的制备方法，用于治理室内空气污染物甲醛，可以有效克服现有技术存在的光催化降解速率慢，只对紫外光响应，太阳光利用率低，中间产物有毒、有害等弊端。采用本发明方法制备的i^203/Ti-MCM-41介孔复合材料，不但具有较强的吸附性能和光催化性能、对太阳光有较好的响应，能有效治理室内空气污染物，而且性能稳定、价廉易得、无毒无害，是一种新型环保材料。MCM-41是一种有序介孔材料，它的孔径呈单一分布，易于调节，可具备不同结构和不同形体，具有骨架结构稳定，比表面积大等优点。在MCM-41分子筛骨架形成和晶化过程
3中引入金属杂原子前驱体，通过水热合成或同晶取代的方法可将金属杂原子(如Ti、Mn、V、 Cr、B、Zr、Cu等)嵌入分子筛骨架中，以提高催化活性。目前T^2的研究主要集中两方面一是扩大其光响应范围，提高对可见光的利用率，其中离子掺杂是一种有效地改性方法；二是增强其化学吸附性能，提高光降解速率，最常用的方法就是负载固体。本发明采用的技术方案将MCM-41介孔分子筛与TW2复合，同时掺杂狗元素进行催化剂改性。首先，在实现T^2固载的同时，分子筛的吸附性能对污染物分子起到富集作用，从而提高了光催化反应效率；其次，污染物大分子不断降解使得分子筛不会吸附饱和， 从而达到一种良性互补的效果；最后，狗离子的掺杂使得 ^203/ -Μ0Μ-41复合材料在太阳光下具备较强的光催化能力。一种i^e203/Ti-MCM_41介孔复合材料的制备方法，其特征在于以MCM-41有序介孔材料为载体，TiO2为催化剂，掺杂铁元素对TiA进行改性，铁源为硫酸铁，所述的MCM-41有序介孔材料用水热法合成，并在骨架形成的过程中引入金属钛原子，钛源为钛酸四丁酯，硅源为硅胶，前驱液中各元素摩尔比为TiA SiO2 CTAB = 0. 02 1 0. 2，CTAB为十六烷基三甲基溴化铵，制备的具体步骤如下a.称取5g 8g 100目 200目的硅胶加入90ml 1. 5mol/l的氢氧化钠溶液中， 恒速剧烈搅拌30 ;35min ；b.量取60ml浓度质量分数10 %的CTAB溶液加入到步骤a制备的混合液中，恒速剧烈搅拌30 35min ；c.量取0. 5 0. 8ml钛酸四丁酯加入到步骤b制备的混合液中，恒速剧烈搅拌1 2h ；d.称取12 15g硫酸铁加入到步骤c制备的混合液中，恒速剧烈搅拌2 池；e.用2mol/l的HCl调节溶液的pH至11. 5，100°C下晶化反应45 48h ；f.将样品水洗至中性，鼓风干燥箱内100°C下干燥10 12h ；g.最后将干燥好的样品放入马弗炉中在300°C下焙烧他，得到所述的!^e2O3/ Ti-MCM-41介孔复合材料。所述的一种Fe203/Ti-MCM_41介孔复合材料的制备方法，其特征在于所述的狗元素掺杂量的质量百分比为 10%。本发明的优点和积极效果MCM_41介孔分子筛具有许多显著的特点孔结构均勻、规则，孔径在1. 5 IOnm之间，且可以通过选择合适的表面活性剂、辅助导向剂及反应参数来调控孔径；热稳定性高；BET表面积和孔体积极高，其比表面积达到1200m2/g，孔体积达到2. 43cm3/g ；可以通过水热合成或同晶取代的方法可将金属杂原子(如Ti、Mn、V、Cr、 B、&、Cu等)嵌入MCM-41的分子筛骨架中，以提高催化活性。MCM-41本身就是一种有效的催化剂，同时又是良好的催化剂载体。将MCM-41介孔分子筛与TW2复合，同时掺杂Fe元素进行催化剂改性。首先，在实现T^2固载的同时，分子筛的吸附性能对污染物分子起到富集作用，从而提高了光催化反应效率；其次，污染物大分子不断降解使得分子筛不会吸附饱和，从而达到一种良性互补的效果；最后，狗离子的掺杂使得Fe203/Ti-MCM-41复合材料在太阳光下具备较强的光催化能力。实验证明，当复合材料为1. 5g，甲醛初始浓度为Ippm 时，紫外光和太阳光下分别照射lOOmin，去除率分别达到89%和70% ；延长光照时间至3小时，去除率均可达到90%，并且材料可回收重复使用。所以本发明制备的i^e203/Ti-MCM-41 分子筛复合材料既具有光催化性能，又具有良好的吸附性能，且对可见光有较好的响应，能够有效地治理室内空气污染物。本发明制备方法操作简单，能耗较少，成本低，具有良好的应用前景。


图1是本发明制备方法工艺流程图。
具体实施例方式以下结合制备方法工艺流程图1对本发明加以详细说明。
实施例的植制备步骤如图1所示。实施例一1.称取5g 100目的硅胶加入90ml 1. 5mol/l的氢氧化钠溶液中，恒速剧烈搅拌 30min ；2.量取60ml质量分数10 %的CTAB溶液加入到步骤a制备的混合液中，恒速剧烈搅拌30min ；3.量取0. 5ml钛酸四丁酯加入到步骤b制备的混合液中，恒速剧烈搅拌Ih ；4.称取12g硫酸铁加入到步骤c制备的混合液中，恒速剧烈搅拌池；5.用2mol/l的HCl调节样品的pH至11. 5，100°C下晶化反应48h ；6.将样品水洗至中性，鼓风干燥箱内100°C下干燥12h ；7.最后将干燥好的样品放入马弗炉中在300°C下焙烧他，得到所述的!^e2O3/ Ti-MCM-41介孔复合材料。实施例二 1.称取8g 100目的硅胶加入90ml 1. 5mol/l的氢氧化钠溶液中，恒速剧烈搅拌 35min ；2.量取60ml质量分数10 %的CTAB溶液加入步骤a制备的混合液中，恒速剧烈搅拌 35min ；3.量取0. 6ml钛酸四丁酯加入到步骤b制备的混合液中，恒速剧烈搅拌Ih ；4.称取15g硫酸铁加入到步骤c制备的混合液中，恒速剧烈搅拌池；5.用2mol/l的HCl调节样品的pH至11. 5，100°C下晶化反应45h ；6.将样品水洗至中性，鼓风干燥箱内100°C下干燥IOh ；7.最后将干燥好的样品放入马弗炉中在300°C下焙烧他，得到所述的!^e2O3/ Ti-MCM-41介孔复合材料。实施例三1.称取5g 200目的硅胶加入90ml 1. 5mol/l的氢氧化钠溶液中，恒速剧烈搅拌 35min ；2.量取60ml质量分数10 %的CTAB溶液加入步骤a制备的混合液中，恒速剧烈搅拌 35min ；3.量取0. 8ml钛酸四丁酯加入到步骤b制备的混合液中，恒速剧烈搅拌池；
4.称取12g硫酸铁加入到步骤c制备的混合液中，恒速剧烈搅拌池；5.用2mol/l的HCl调节样品的pH至11. 5，100°C下晶化反应48h ；6.将样品水洗至中性，鼓风干燥箱内100°C下干燥12h ；7.最后将干燥好的样品放入马弗炉中在300°C下焙烧他，得到所述的!^e2O3/ Ti-MCM-41介孔复合材料。将上述合成的材料在紫外光和可见光下分别用于甲醛的去除研究，实验证明，当复合材料为1.5g，甲醛初始浓度为Ippm时，紫外光和太阳光下分别照射lOOmin，三种材料在紫外光下的去除率分别为86. 5^^87%和89% ；在可见光下的去除率分别为69%、 67. 8%和70% ；延长光照时间至3小时，去除率均可达到90%，并且材料可回收重复使用。
权利要求
1.一种i^e203/Ti-MCM-41介孔复合材料的制备方法，其特征在于以MCM-41有序介孔材料为载体，TiO2为催化剂，掺杂铁元素对TW2进行改性，铁源为硫酸铁，所述的MCM-41有序介孔材料用水热法合成，并在骨架形成的过程中引入金属钛原子，钛源为钛酸四丁酯，硅源为硅胶，前驱液中各元素摩尔比为TW2 SiO2 CTAB = 0. 02 1 0. 2，CTAB为十六烷基三甲基溴化铵，制备的具体步骤如下a.称取5g 8g100目 200目的硅胶加入90ml 1. 5mol/l的氢氧化钠溶液中，恒速剧烈搅拌30 35min ；b.量取60ml浓度质量分数10%的CTAB溶液加入到步骤a制备的混合液中，恒速剧烈搅拌30 35min ；c.量取0.5 0. 8ml钛酸四丁酯加入到步骤b制备的混合液中，恒速剧烈搅拌1 池；d.称取12 15g硫酸铁加入到步骤c制备的混合液中，恒速剧烈搅拌2 池；e.用2mol/l的HCl调节溶液的pH至11.5，100°C下晶化反应45 48h ；f.将样品水洗至中性，鼓风干燥箱内100°C下干燥10 12h；g.最后将干燥好的样品放入马弗炉中在300°C下焙烧6h，得到所述的Fe203/Ti-MCM-41 介孔复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种Fe203/Ti-MCM-41介孔复合材料的制备方法，其特征在于所述的狗元素掺杂量的质量百分比为 10%。
全文摘要
一种Fe2O3/Ti-MCM-41介孔复合材料的制备方法，以MCM-41有序介孔材料为载体，TiO2为催化剂，掺杂铁元素对TiO2进行改性，铁源为硫酸铁，所述MCM-41有序介孔材料用水热法合成，并在骨架形成过程中引入金属钛原子，前驱液中各元素摩尔比为TiO2∶SiO2∶CTAB＝0.02∶1∶0.2，制备步骤取100目～200目的硅胶加入1.5mol/l的氢氧化钠溶液中，恒速剧烈搅拌；取浓度质量分数10％的CTAB溶液加入其内，恒速剧烈搅拌；取钛酸四丁酯加入其内，恒速剧烈搅拌；取硫酸铁加入其内，恒速剧烈搅拌；用2mol/l的HCl调节溶液的pH至11.5，100℃下晶化反应；将样品水洗至中性，干燥箱内100℃干燥；取出后放入马弗炉在300℃下焙烧。得到的Fe2O3/Ti-MCM-41介孔复合材料，吸附和光催化性能强，对太阳光有较好响应，性能稳定，可有效治理室内空气污染物甲醛。
文档编号B01J29/76GK102179264SQ20111006680
公开日2011年9月14日 申请日期2011年3月18日 优先权日2011年3月18日
发明者刘静, 卑蕾蕾, 张宇然, 徐红燕, 曾佳思丹, 罗洁莹, 蔡孝辉, 谷守扬, 陶红, 黑晓慧 申请人:上海理工大学