[發(fā)明專利]鐵鉻共摻雜納米二氧化鈦/沸石復(fù)合光催化劑及其制法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010101536.4
• 申請日: 2010-01-27
• 公開（公告）號: CN101780416A
• 公開（公告）日: 2010-07-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李艷;王程
• 申請（專利權(quán)）人: 石家莊經(jīng)濟(jì)學(xué)院
• 主分類號: B01J29/076
• 分類號: B01J29/076;B01J37/34
• 代理公司: 石家莊新世紀(jì)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 13100
• 代理人: 張貳群

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及污水及廢氣處理技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

污水及廢氣中的有機(jī)污染物處理是環(huán)境領(lǐng)域急需解決的重要問題， 也是國家迫切需要解決的關(guān)鍵問題。納米半導(dǎo)體光催化技術(shù)為污水及廢 氣處理提供了一個新的途徑，利用這一技術(shù)幾乎可以無選擇的礦化所有 的有機(jī)污染物，被認(rèn)為是一種最為環(huán)保的環(huán)境污染物深度處理技術(shù)。半 導(dǎo)體中TiO₂由于具有光照后不發(fā)生光腐蝕，耐酸堿性好，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定， 對生物無毒性，來源豐富，光催化活性高等優(yōu)點，所以是目前研究的重 點。納米TiO₂粉體在應(yīng)用過程中由于存在易團(tuán)聚、難回收等缺點，所以 目前普遍研究其固定化負(fù)載技術(shù)。將納米TiO₂組裝在多孔沸石中制備納 米TiO₂/沸石復(fù)合光催化材料實現(xiàn)了納米TiO₂固定化負(fù)載的同時，還實現(xiàn) 了光催化與吸附的協(xié)同作用。目前，關(guān)于納米TiO₂/沸石復(fù)合光催化材料 的研究已有不少報道，如汪靖等發(fā)明了一種納米二氧化鈦/沸石復(fù)合光催 化材料及其制備方法(中國專利，申請?zhí)?00510027382.8)，將不同骨架 組成的沸石分子篩浸漬在含金屬Ti離子的溶液中，然后蒸干、焙燒，通 過改變基體沸石骨架組成達(dá)到制備銳鈦礦和金紅石不同晶相比例的納米 二氧化鈦/沸石復(fù)合光催化復(fù)合材料、獲得高的光催化性能的目的，該復(fù) 合材料具有制備簡便、成本低廉、催化活性可控以及無毒，易于回收等 特點，且適合大規(guī)模生產(chǎn)。由于TiO₂禁帶寬度為3.2eV左右，需紫外光 激發(fā)，另外產(chǎn)生的電子-空穴對極易復(fù)合，從而造成納米TiO₂光催化活性 不高。通過金屬離子摻雜方法是解決上述問題的有效途徑，經(jīng)金屬離子 摻雜的納米TiO₂光催化劑光響應(yīng)范圍發(fā)生拓展，光催化活性提高。Choi 等研究了21種不同的金屬離子摻雜納米TiO₂的光催化活性，表明：Fe³⁺摻雜TiO₂表現(xiàn)出更高的光催化活性。Fe³⁺離子替代TiO₂晶格中的Ti⁴⁺而 形成淺能級，從而降低電子-空穴的復(fù)合幾率，提高材料的光催化活性。 侯天意等以FeCl₃和TiCl₄為前驅(qū)物制備了Fe³⁺摻雜納米TiO₂/沸石復(fù)合光 催化材料，表明Fe³⁺摻雜納米TiO₂/沸石復(fù)合光催化材料較納米TiO₂/沸石 復(fù)合光催化材料光催化活性有所提高。Yang等研究表明：采用兩種摻雜 劑摻雜的TiO₂較一種摻雜劑摻雜的TiO₂可見光響應(yīng)范圍更寬、光催化活 性更高。袁忠勇等發(fā)明了一種鐵和氮共摻雜的介孔氧化鈦光催化材料及 其制備方法(中國專利，申請?zhí)?00910067690.1)，表明鐵和氮共摻雜的 介孔氧化鈦具有很好的光催化活性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供鐵鉻共摻雜納米二氧化鈦/沸石復(fù)合光催化劑及 其制法，該復(fù)合材料具有光催化活性高、循環(huán)利用性較好的特點；成本低、 易回收、無污染，有較大的社會經(jīng)濟(jì)效益和工業(yè)化應(yīng)用前景。

本發(fā)明之一是這樣實現(xiàn)的：一種鐵鉻共摻雜納米二氧化鈦/沸石復(fù)合 光催化劑，以沸石為載體上，其特征在于納米TiO₂摻雜0.5wt％～2.5wt％ 的鐵鉻離子，F(xiàn)e³⁺和Cr³⁺的質(zhì)量比控制在1∶1～4，帶正電的Fe³⁺、Cr³⁺離子與Ti⁴⁺離子一起在靜電引力的作用下自組裝于帶負(fù)電的沸石基體上， 金屬離子之間結(jié)合在一起，再經(jīng)焙燒處理制得的。

所述的納米TiO₂晶體為銳鈦礦型和金紅石型的混晶，銳鈦礦晶型與 金紅石晶型的比例為4～2∶2。

所述的自組裝方法可為：以沸石為載體，將其表面改性而帶負(fù)電； 以TiCl₄溶液為Ti源，采用不同比例的Fe³⁺、Cr³⁺離子共摻雜，帶正電的 Fe³⁺、Cr³⁺離子與Ti⁴⁺離子一起受靜電引力的作用自組裝于帶負(fù)電的沸石 基體上。