[發(fā)明專利]一種大孔/介孔復(fù)合型光催化劑及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710420517.X
• 申請(qǐng)日: 2017-05-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108940363B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-01-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李賽賽;張瑞豐;靳鑫煜;李艷;江峰;肖通虎;龍能兵
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 寧波大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J31/12
• 分類號(hào): B01J31/12;C02F1/30;B01J20/26;B01J20/28;B01J20/30
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本發(fā)明涉及一種大孔/介孔復(fù)合型光催化劑及其制備方法，以可見(jiàn)光響應(yīng)的四羧基酞菁鐵(III)為光催化劑，通過(guò)靜電相互作用將其負(fù)載在一種環(huán)氧基大孔/介孔聚合物載體上，該載體材料具有1～50μm的相互連通的大孔以及平均孔徑為20nm的介孔，比表面積達(dá)到230m²/g以上，孔隙率在90％以上，在聚合物載體的制備中，使用三羥甲基丙烷熔體作為分散劑，在冷卻過(guò)程中通過(guò)連續(xù)結(jié)晶達(dá)到致孔目的，在復(fù)合型光催化劑中鐵酞菁配合物的含量在0～5.6wt.％范圍內(nèi)可調(diào)，在優(yōu)化條件下可見(jiàn)光照射1小時(shí)就能使羅丹B的降解率達(dá)到95％以上，該催化劑穩(wěn)定性高，可重復(fù)使用性好，其它的優(yōu)勢(shì)還包括大尺寸任意形狀以及較好的機(jī)械強(qiáng)度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光催化材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種可見(jiàn)光相應(yīng)的復(fù)合型光催化劑及其制備方法，尤其是一種以大孔/介孔聚合物為載體以金屬酞菁為催化劑，集吸附與光催化功能為一體的復(fù)合型光催化劑。

背景技術(shù)

近20年來(lái)，以半導(dǎo)體材料作為光催化劑降解各種水污染物得到越來(lái)越多的重視。光催化的基本原理是光催化材料在特定波長(zhǎng)的光照下，吸收輻射能產(chǎn)生電子躍遷，在表面形成空穴-電子對(duì)，空穴從吸附在表面的水的氫氧根離子奪取電子，生成氧化能力很強(qiáng)的羥基自由基，將水中的有機(jī)物徹底氧化。金屬酞菁具有良好的化學(xué)、光和熱穩(wěn)定性，是一種典型的p-型半導(dǎo)體材料，在可見(jiàn)光區(qū)有強(qiáng)的躍遷，對(duì)600～800nm的可見(jiàn)光具有強(qiáng)烈的吸收，其中酞菁鐵是一種仿生的功能化合物，其催化作用類似氧化酶，因此利用酞菁鐵作為仿生光催化劑吸收可見(jiàn)光處理水或空氣中的有機(jī)物污染具有實(shí)際意義。金屬酞菁是一類平面結(jié)構(gòu)的分子，它們?nèi)埸c(diǎn)極高，都有很強(qiáng)的分子聚集行為，一旦聚集的話其催化功能就不能很好地發(fā)揮，因此如何將其分散是面臨的關(guān)鍵問(wèn)題。本發(fā)明采用一種大孔/介孔聚合物作為載體，介孔材料一般都具有較高的比表面積，有很強(qiáng)的吸附能力，可以將四羧基酞菁鐵(III)(Fe(III)-taPc)催化劑高效負(fù)載，同時(shí)大孔的存在可以為反應(yīng)物的擴(kuò)散傳質(zhì)提供必要的通道，在保證催化劑大尺寸的前提下，有效提高催化反應(yīng)的速率，同時(shí)將吸附功能與光催化降解功能整合在一起可以大大提高催化劑的環(huán)境凈化能力，所以這種復(fù)合型催化劑在設(shè)計(jì)上是極為合理的，本發(fā)明提出的技術(shù)能制備出使用方便，性能穩(wěn)定，可見(jiàn)光響應(yīng)好，催化效率高的新型光催化劑。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的首要技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)環(huán)境凈化問(wèn)題提供一種安全、方便、效果良好的光催化降解技術(shù)方案，一方面它依賴一種大孔/介孔高分子載體材料，這種材料同時(shí)具有1～50μm的大孔以及平均孔徑為20nm的介孔，其比表面積達(dá)到230m²/g，孔隙率在90％以上，表觀密度在0.1g/mL以下，它既有很強(qiáng)的吸附能力，又有高的吸附速率和吸附容量。另一方面利用四羧基酞菁鐵(III)作為一種可見(jiàn)光響應(yīng)的光催化劑，將兩者復(fù)合在一起就構(gòu)成一種安全、高效的光催化劑，能夠?qū)λ蛘呖諝庵械挠袡C(jī)分子污染物進(jìn)行凈化，對(duì)環(huán)境與人都無(wú)任何危害。

本發(fā)明所要解決的另一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供上述大孔/介孔復(fù)合型光催化劑的制備方法，它切實(shí)可行，操作簡(jiǎn)便，易于生產(chǎn)。

1、本發(fā)明解決首要技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為：一種大孔/介孔復(fù)合型光催化劑，它是通過(guò)環(huán)氧基高分子載體與四羧基酞菁鐵(III)復(fù)合而成，其中高分子載體具有如圖1所示的結(jié)構(gòu)特征，既有1～50μm的大孔又有平均孔徑為20nm的介孔(根據(jù)圖2所示的結(jié)果)，其比表面積達(dá)到230m²/g，孔隙率在90％以上，表觀密度在0.1g/mL以下；四羧基酞菁鐵(III)對(duì)可見(jiàn)光吸收能力極強(qiáng)，又表現(xiàn)出光催化降解性能，將兩者復(fù)合就能產(chǎn)生一種綜合性能優(yōu)異的光催化劑。

非常有益的是，上述的聚合物載體可以進(jìn)行陽(yáng)離子化，一方面增強(qiáng)其親水性，為催化降解提供必要的水分，同時(shí)陽(yáng)離子化的載體與帶有負(fù)電荷的四羧基酞菁鐵(III)產(chǎn)生靜電相互作用，可以很方便的達(dá)到負(fù)載的目的；

非常有益的是，介孔結(jié)構(gòu)能使四羧基酞菁鐵(III)得到極好的分散，避免了分子之間的相互締合，大大提高催化劑的穩(wěn)定性和催化活性；