[發(fā)明專利]一種SAPO-5分子篩負(fù)載金屬氧化物的光催化劑

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410449352.5
• 申請日: 2014-09-05
• 公開（公告）號: CN104190465A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王緒緒;祝淑穎;梁詩景;付賢智;戴文新;陳旬
• 申請（專利權(quán)）人: 福州大學(xué)
• 主分類號: B01J29/85
• 分類號: B01J29/85;C02F1/30
• 代理公司: 福州元創(chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學(xué)俊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于能源環(huán)境中的光催化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種SAPO-5分子篩負(fù)載金屬氧化物的光催化劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)化石能源短缺及其利用過程中所帶來的溫室氣體排放等問題，是人類社會所面臨和亟待解決的問題。以CO₂為原料，模擬自然界中光合作用過程，利用太陽能將其通過光化學(xué)途徑轉(zhuǎn)換為可被利用的燃料和化工原料，是解決上述問題的理想途徑。目前，光還原CO₂的材料有，TiO₂、CdS、ZnGa₂O₄、Zn₂GeO₄等，這類半導(dǎo)體材料對CO₂的吸附能力差，另一類是金屬有機(jī)框架材料，利用其對CO₂強(qiáng)的吸附能力，但是穩(wěn)定性不好，因此，光還原CO₂上的效率無法得到突破。具有骨架結(jié)構(gòu)的分子篩材料，具有獨特的結(jié)構(gòu)特點，有望發(fā)展成為一類有效CO₂還原材料。分子篩中有許多有規(guī)則的孔道和空腔，巨大的比表面積，穩(wěn)定骨架結(jié)構(gòu)，使得分子篩不僅成為優(yōu)良的吸附劑，還是有效的催化劑或者催化劑的載體；分子篩內(nèi)外表面暴露的金屬通過后處理或修飾等方法使其具有堿性，有利于CO₂?分子的吸附。已有報道過渡金屬修飾的分子篩對光催化CO₂還原有活性，Anpo等人（J.?Photochem.?Photobiol.?C:?Photochem.?Rev.,?2003,?3,?225-252）的研究表明，過渡金屬Ti修飾的分子篩內(nèi)孔道表面存在著高度分散的Ti-O單元，因此具有更好的光催化還原CO₂的能力。Frei等（J.?Am.?Chem.?Soc.,?2005,?127(6):?1610-1611）利用雙金屬如Ti/Cu以及Ti/Sn等修飾分子篩，通過提高催化劑的光吸收以及利用雙金屬之間的協(xié)同效應(yīng)，在一定程度上提高了這些催化劑還原CO₂的效率。盡管如此，過渡金屬修飾的分子篩作為光催化材料有著由其本身結(jié)構(gòu)所決定的無法禰補(bǔ)的缺點：一是光利用率尤其是對可見光利用率低；二是分子篩上活性位點—孤立的金屬位點的激發(fā)困難。這兩個不足可以通過半導(dǎo)體材料進(jìn)行改善，集合半導(dǎo)體和分子篩材料的優(yōu)點，將半導(dǎo)體與分子篩材料進(jìn)行復(fù)合可能為CO₂的光還原提供一條有效的出路。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種SAPO-5分子篩負(fù)載金屬氧化物的光催化劑及其制備方法和應(yīng)用。在合成過程中以分子篩為載體，制備出大比表面、小顆粒的負(fù)載型光催化劑，提高活性組分的利用率，增大了催化劑對CO₂的吸附能力，提高了催化劑對CO₂的還原活性。該制備方法簡單易行、不需要復(fù)雜昂貴的設(shè)備、合成條件溫和，同時可以方便改變金屬氧化物、調(diào)節(jié)不同金屬氧化物的含量。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種SAPO-5分子篩負(fù)載金屬氧化物的光催化劑是以SAPO-5分子篩為載體，金屬氧化物為活性組分的負(fù)載型光催化劑。

所述的金屬氧化物為?CuO、NiO、MgO、Fe₂O₃中的一種。

所述的SAPO-5分子篩為二維納米片，厚度為1-3?nm。?

金屬氧化物的質(zhì)量百分含量為0.01-20%，金屬氧化物的粒徑為1-20?nm。

以擬薄水鋁石為鋁源，磷酸為磷源，正硅酸乙酯為硅源，三乙胺為模板劑，采用簡單的一步原位水熱法制備所述的SAPO-5分子篩負(fù)載金屬氧化物的光催化劑。?

包括以下步驟：按三乙胺、Al₂O₃、P₂O₅、SiO₂、H₂O的摩爾比為1.2：1.0：1.0：0.4：60，將三乙胺、擬薄水鋁石、磷酸、正硅酸乙酯和去離子水混合均勻，老化1-2天；加入硝酸鎂、硝酸鎳、硝酸銅或硝酸鐵，老化1-3天；然后裝入密閉反應(yīng)釜中160-200℃晶化12-36?h，所得產(chǎn)物水洗烘干，500-700℃煅燒2-10?h，即得所述的SAPO-5分子篩負(fù)載金屬氧化物的光催化劑。

所述的光催化劑用于光催化CO₂還原反應(yīng)。

本發(fā)明的顯著優(yōu)點在于：