[發(fā)明專(zhuān)利]光電催化氧化用負(fù)載型Y型分子篩膜陽(yáng)極材料的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410590026.6
• 申請(qǐng)日: 2014-10-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104276635A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-01-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程志林;韓帥
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 揚(yáng)州大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C02F1/467
• 分類(lèi)號(hào): C02F1/467;C02F1/30
• 代理公司: 揚(yáng)州市錦江專(zhuān)利事務(wù)所 32106
• 代理人: 江平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光電催化氧化處理廢水技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光電催化氧化用負(fù)載型Y型分子篩膜陽(yáng)極材料的制備技術(shù)。

技術(shù)背景

我國(guó)工業(yè)廢水如苯酚等污染嚴(yán)重，因此如何高效的治理工業(yè)廢水將直接關(guān)系到人們切身利益和安全。其中，光催化氧化法和電催化氧化法是非常具有應(yīng)用前景的水處理技術(shù)。光催化氧化和電催化氧化的核心分別是光催化劑和電極材料。

光催化氧化是以半導(dǎo)體的能帶理論為基礎(chǔ)的，主要是指光催化效率高、成本較低的二氧化鈦。單純的二氧化鈦（TiO₂）本身只在紫外光條件下具有光催化性能，而摻雜或者改性的二氧化鈦則具有在可見(jiàn)光下的催化活性，例如摻氮。但是TiO_2?粉體顆粒在懸浮體系中容易發(fā)生團(tuán)聚、較難回收、光透性能差，且懸浮液中的納米粒子對(duì)環(huán)境的危害較大、易造成二次污染。此外，粉體顆粒光催化劑受光照射后產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)的復(fù)合幾率很高，光子利用效率低、光催化活性較低。

電催化氧化法是利用陽(yáng)極的高電位或陽(yáng)極反應(yīng)產(chǎn)生的活性自由基，將廢水中的污染物氧化降解方法。按照機(jī)理可分為直接氧化和間接氧化。在電催化氧化中，陽(yáng)極材料主要分為碳素電極、金屬電極和金屬氧化物電極。碳素電極以石墨電極為代表，此種電極存在電阻大、能耗較高等缺點(diǎn)。金屬氧化物電極以DSA電極為代表，此種電極雖然性能優(yōu)越但成本相對(duì)較高。

合成分子篩膜的方法很多，如原位水熱合成法、汽相合成法、溶膠-凝膠法、二次生長(zhǎng)法等。其中二次生長(zhǎng)法（晶種法）是一種非常有效的方法，可以跳過(guò)晶體成核期,直接提供晶體成核中心，從而大大縮減成膜時(shí)間且能夠限制晶核轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌w，即避免出現(xiàn)雜晶。但是二次生長(zhǎng)法存在兩個(gè)核心問(wèn)題也是難點(diǎn)問(wèn)題，即晶種的制備以及如何將晶種均勻地預(yù)涂在支撐體表面。晶種引入的方法很多，如噴涂晶種法、砂紙打磨法、提拉浸漬法、浸涂法等。這些方法能夠使晶種較為均勻地預(yù)涂在支撐體表面，但存在一定的缺陷，例如重復(fù)性差、可控性差、無(wú)法規(guī)模化應(yīng)用等。

目前，光催化劑載體主要有陶瓷、金屬片、玻璃、無(wú)機(jī)氧化物、沸石分子篩等。陶瓷、金屬片、玻璃等載體存在堅(jiān)固性差、吸附效率低、可見(jiàn)光光催化效率不高的缺點(diǎn)。而無(wú)機(jī)氧化物和沸石分子篩顆粒作為光催化材料若要應(yīng)用到廢水處理，仍然還需要成型、造粒等制備過(guò)程，因此，制備工藝長(zhǎng)、操作復(fù)雜、成本較高、易造成二次污染等問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種能避免工藝復(fù)雜、造成二次污染的現(xiàn)有光電催化氧化技術(shù)的負(fù)載型Y型分子篩膜陽(yáng)極材料制備的方法。

本發(fā)明以Y型分子篩結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑作為晶種，采用電化學(xué)預(yù)吸附晶種二次生長(zhǎng)在導(dǎo)電支撐體上制備Y型分子篩膜，并采用溶膠凝膠法在Y型分子篩膜上負(fù)載氮摻雜二氧化鈦。

本發(fā)明成本低、設(shè)備簡(jiǎn)單、操作便捷、制備分子篩膜重復(fù)性高、苯酚降解速率快、降解效果顯著。本發(fā)明以負(fù)載N摻雜TiO₂的Y型分子篩膜作為電極陽(yáng)極材料，在模擬太陽(yáng)光下光電催化氧化有機(jī)廢水，其優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)為：

（1）光電催化氧化工藝解決了單獨(dú)電催化氧化和光催化氧化技術(shù)中降解效率不足。

（2）陽(yáng)極材料制備簡(jiǎn)單、成本低、重復(fù)利用性高。

（3）具有可見(jiàn)光催化活性，顯著降低現(xiàn)有技術(shù)的能耗，實(shí)用性強(qiáng)。

（4）分子篩膜是自然生長(zhǎng)的成型體，減少了現(xiàn)有技術(shù)中粉體的成型、造粒過(guò)程，解決傳統(tǒng)光催化劑活性組分容易流失，分離困難，不易回收，二次污染等缺點(diǎn)。

（5）光電催化組合工藝對(duì)有機(jī)廢水降解速率明顯提高。

?本發(fā)明具體的Y型分子篩膜制備方法是：先將氫氧化鈉溶于SiO₂的NaOH溶液中，再加入Al₂（SO₄）₃水溶液，經(jīng)攪拌，將形成的混合凝膠靜置老化，取得晶種；再以去離子水將晶種稀釋形成懸浮液，將導(dǎo)電支撐體電極（導(dǎo)電支撐體載體可以為不銹鋼、多孔不銹鋼、不銹鋼網(wǎng)中的一種）放入懸浮液內(nèi)，采用電化學(xué)吸附法使晶種吸附于導(dǎo)電支撐體電極表面，即得預(yù)吸附晶種層的支撐體；然后再將氫氧化鈉溶于SiO₂的NaOH溶液中，再加入Al₂（SO₄）₃水溶液，攪拌均勻后加入晶種，繼續(xù)攪拌形成凝膠反應(yīng)液；將預(yù)吸附晶種層的支撐體浸入凝膠反應(yīng)液中，在凝膠反應(yīng)液溫度為80-120℃的恒溫條件下晶化；晶化結(jié)束后，取出導(dǎo)電支撐體電極，以去離子水清洗后烘干，即得Y型分子篩膜。