一种Fe-N-TiO2/13X分子筛光催化剂的制备方法与流程

本发明涉及一种光催化剂的制备方法，特别是涉及一种fe-n-tio2/13x分子筛光催化剂的制备方法，属于光催化材料制备技术领域。

背景技术：

tio2作为光催化剂具无毒、化学稳定性好和廉价易得等优点，具有广阔的应用前景，tio2的缺点在于其禁带较宽，只能被紫外光激发产生光催化活性，可见光利用率低，而且电子-空穴容易复合，导致光催化效率低；大量研究表明可以通过改性、耦合和负载来提高tio2的催化效率，经金属改性后的二氧化钛具有较好的抗菌活性，特别是过渡金属(co、fe)掺杂的二氧化钛的抗菌活性最佳；非金属掺杂会给tio2降低能带，提高tio2对可见光的吸收，而且用两种元素掺杂要比单一元素掺杂的催化性能强。

tio2自身的吸附性能不强，处理污染物效率低，将其负载于多孔吸附剂材料上可提高吸附与光催化速率；分子筛是一种具有三维网架结构和孔道的硅铝酸盐结晶化合物，其具有均一的、分子尺寸的孔，拥有高的比表面积和化学、热、机械热稳定性，对有机物的高效吸附性，是良好的吸附剂和环境友好材料。

目前，以tio2为主的光催化剂仍存在不足，具体表现为：

1)光催化剂可见光利用率低，而且电子-空穴复合速率快，催化剂易失活，催化效率低；

2)一些负载材料存在比较严重的催化剂活性组分流失问题，耐酸碱性较差。

对tio2进行非金属离子n的掺杂改性，可以有效改变tio2的晶格结构，使其禁带宽度减小，增强其对光的吸收强度，金属离子fe³⁺的掺杂能成为光生电子的捕获体，促进电子-空穴的分离，提高光子利用率；因此，本发明采用将fe和n掺杂改性tio2负载于13x分子筛粉末颗粒上，将有效提高难降解有机物的降解能力。

技术实现要素：

本发明的主要目的是为了提供一种fe-n-tio2/13x分子筛光催化剂的制备方法，通过对tio2进行非金属离子n的掺杂改性，可以有效改变tio2的晶格结构，使其禁带宽度减小，增强其对光的吸收强度，将fe和n掺杂改性的tio2负载于13x分子筛粉末颗粒上，有效提高难降解有机物的降解能力。

本发明的目的可以通过采用如下技术方案达到：

一种fe-n-tio2/13x分子筛光催化剂的制备方法，通过对tio2进行非金属离子n的掺杂改性，改变tio2的晶格结构，减小其禁带宽度，增强其对光的吸收强度，将fe和n掺杂改性的tio2负载于13x分子筛粉末颗粒上，提高其降解能力，该催化剂的组成及含量包括：负载量为40％～60％的光催化剂tio2、掺杂质量分数为0.1～0.2％的fe及掺杂质量分数为1～2％的n。

该fe-n-tio2/13x分子筛光催化剂的制备方法，包括如下步骤：

s1：对13x分子筛进行活化处理，将球状13x分子筛研磨成粉末状颗粒，将筛选后的分子筛粉末常温下浸泡，并用超声波震荡清洗，接着用蒸馏水冲洗数次，然后放入烘箱中烘干，煅烧去除表面及孔道杂质，取出冷却备用；

s2：将无水乙醇、乙酸与钛酸四丁酯充分混合，搅拌后为澄清溶液，称取适量的活化处理过的分子筛粉末放入上述澄清溶液搅拌得a；

s3：称取适量fe(no3)3和(nh4)2so4与无水乙醇和蒸馏水充分混合，搅拌均匀，并调节ph至酸性得到溶液b，将b溶液缓慢滴入不停搅拌的溶液a中，滴完后得混合溶液c；

s4：将混合溶液c继续搅拌后，得到分子筛粉末和凝胶的混合体，室温放置陈化，再经烘干、煅烧后得到fe-n-tio2/13x分子筛光催化剂的成品。

步骤s1中，将球状13x分子筛研磨成粉末状颗粒，用筛子筛选至40～60目之间，将筛选后的分子筛粉末依次用盐酸溶液和氢氧化钠溶液常温下浸泡，并用超声波震荡清洗10～20min，接着用蒸馏水冲洗数次，然后放入烘箱中烘干12h，马弗炉煅烧1～2h去除表面及孔道杂质，取出冷却备用。

步骤s1中，盐酸的质量浓度为6％～12％，氢氧化钠溶液的质量浓度为5％～10％。

步骤s1中，烘箱温度为100～120℃，马弗炉温度为500～550℃。

步骤s2中，无水乙醇、乙酸和钛酸四丁酯的体积的比值为4:1:2。

步骤s3中，通过hno3溶液调节ph，其浓度为0.5mol/l，ph调节到2～3。

步骤s4中，将混合溶液c继续搅拌2～3h后，得到分子筛粉末和凝胶的混合体，室温放置陈化24～36h。

步骤s4中，混合体放到烘箱中，温度为100～120℃，烘干10～12h，在马弗炉中进行煅烧，升温速率为3～4℃/min，温度为500～550℃，煅烧时间为2～3h。

本发明的有益技术效果：

1、本发明提供的一种fe-n-tio2/13x分子筛光催化剂的制备方法，采用fe³⁺和n离子对tio2进行掺杂改性，金属离子fe³⁺的掺入可以改变tio2的能级结构，使其禁带宽度减小，又能成为光生电子的捕获体，促进电子-空穴分离，提高光子利用率，非金属n的掺入改变了tio2晶格结构，减小了tio2禁带宽度，增强其对光的吸收强度。

2、本发明提供的一种fe-n-tio2/13x分子筛光催化剂的制备方法，13x分子筛其具有均一的、分子尺寸的孔，拥有高的比表面积和化学、热、机械热稳定性，将改性tio2负载于分子筛上可提高吸附性能与光催化速率。

附图说明

图1为本发明提供的一种fe-n-tio2/13x分子筛光催化剂的制备方法中的单tio2光催化、fe-n-tio2光催化和fe-n-tio2/13x分子筛光催化对浓度为30mg/l的亚甲基蓝溶液的降解效果对比图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更加清楚和明确本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

本实施例1提供的fe-n-tio2/13x分子筛光催化剂的制备方法，包括如下步骤：

步骤s1：对13x分子筛进行活化处理，将球状13x分子筛研磨成粉末状颗粒，用筛子筛选至40～60目之间，将筛选后的分子筛粉末依次用质量浓度为10％的盐酸溶液和5％的氢氧化钠溶液常温下浸泡，并用超声波震荡清洗15min，接着用蒸馏水冲洗数次，然后放入烘箱中100℃烘干10h，马弗炉500℃煅烧1h去除表面及孔道杂质，取出冷却备用；

步骤s2：将40ml无水乙醇、10ml乙酸与20ml钛酸四丁酯充分混合，搅拌后为澄清溶液，称取20g活化处理过的分子筛粉末放入上述澄清溶液搅拌得a，；

步骤s3：称取0.046g的fe(no3)3和0.154g的(nh4)2so4与20ml无水乙醇和40ml蒸馏水充分混合，搅拌均匀，并用浓度为0.5mol/l的hno3溶液调节ph至2～3，得到溶液b，将b溶液,以1～2滴每秒的速度滴入不停搅拌的溶液a中，滴完后得混合溶液c；

步骤s4：将混合溶液c继续搅拌2h后，得到分子筛粉末和凝胶的混合体，室温放置陈化24h，再经100℃烘干12h、500℃煅烧2h后得到fe-n-tio2/13x分子筛光催化剂的成品。

处理试验：在500w的汞灯照射下，用20g的fe-n-tio2/13x分子筛光催化剂处理200ml浓度为30mg/l的亚甲基蓝溶液，2.5h后降解率可达95.7％，其与单tio2光催化、fe-n-tio2光催化降解效果的对比见图。

实施例2：

本实施例2提供的fe-n-tio2/13x分子筛光催化剂的制备方法，包括如下步骤：

步骤s1：对13x分子筛进行活化处理，将球状13x分子筛研磨成粉末状颗粒，用筛子筛选至40～60目之间，将筛选后的分子筛粉末依次用质量浓度为10％的盐酸溶液和5％的氢氧化钠溶液常温下浸泡，并用超声波震荡清洗15min，接着用蒸馏水冲洗数次，然后放入烘箱中110℃烘干11h，马弗炉520℃煅烧1.5h去除表面及孔道杂质，取出冷却备用；

步骤s2：将60ml无水乙醇、13ml乙酸与30ml钛酸四丁酯充分混合，搅拌后为澄清溶液，称取20g活化处理过的分子筛粉末放入上述澄清溶液搅拌得a，；

步骤s3：称取0.069g的fe(no3)3和0.231g的(nh4)2so4与30ml无水乙醇和60ml蒸馏水充分混合，搅拌均匀，并用浓度为0.5mol/l的hno3溶液调节ph至2～3，得到溶液b，将b溶液,以1～2滴每秒的速度滴入不停搅拌的溶液a中，滴完后得混合溶液c；

步骤s4：将混合溶液c继续搅拌2h后，得到分子筛粉末和凝胶的混合体，室温放置陈化36h，再经110℃烘干12h、520℃煅烧2h后得到fe-n-tio2/13x分子筛光催化剂的成品。

处理试验：在500w的汞灯照射下，用20g的fe-n-tio2/13x分子筛光催化剂处理200ml浓度为30mg/l的亚甲基蓝溶液，2.5h后降解率可达90.5％。

实施例3：

本实施例3提供的fe-n-tio2/13x分子筛光催化剂的制备方法，包括如下步骤：

步骤s1：对13x分子筛进行活化处理，将球状13x分子筛研磨成粉末状颗粒，用筛子筛选至40～60目之间，将筛选后的分子筛粉末依次用质量浓度为10％的盐酸溶液和5％的氢氧化钠溶液常温下浸泡，并用超声波震荡清洗15min，接着用蒸馏水冲洗数次，然后放入烘箱中120℃烘干12h，马弗炉550℃煅烧2h去除表面及孔道杂质，取出冷却备用；

步骤s2：将30ml无水乙醇、7ml乙酸与15ml钛酸四丁酯充分混合，搅拌后为澄清溶液，称取20g活化处理过的分子筛粉末放入上述澄清溶液搅拌得a，；

步骤s3：称取0.035g的fe(no3)3和0.116g的(nh4)2so4与15ml无水乙醇和30ml蒸馏水充分混合，搅拌均匀，并用浓度为0.5mol/l的hno3溶液调节ph至2～3，得到溶液b，将b溶液,以1～2滴每秒的速度滴入不停搅拌的溶液a中，滴完后得混合溶液c；

步骤s4：将混合溶液c继续搅拌2h后，得到分子筛粉末和凝胶的混合体，室温放置陈化48h，再经120℃烘干12h、550℃煅烧2h后得到fe-n-tio2/13x分子筛光催化剂的成品。

处理试验：在500w的汞灯照射下，用20g的fe-n-tio2/13x分子筛光催化剂处理200ml浓度为30mg/l的亚甲基蓝溶液，2.5h后降解率可达85.4％。

综上所述，在本实施例中，本实施例提供一种fe-n-tio2/13x分子筛光催化剂的制备方法，解决了现有技术存在问题，提供一种光子利用率高，对光的吸收强度强，拥有较高的比表面积和化学、热、机械热稳定性，将改性tio2负载于分子筛上可提高吸附性能与光催化速率。

以上所述，仅为本发明进一步的实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明所公开的范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都属于本发明的保护范围。