[发明专利]一种金属杂原子磷铝分子筛高效可见光光催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属掺杂的非半导体可见光光催化剂材料，特别是涉及一种具有高分散、孤立的金属掺杂磷铝分子筛MeAPO-5高效可见光光催化剂的制备方法。

背景技术

光化学原理认为：光催化是光化学和催化科学的交叉点，是指在催化剂参与下的光化学反应；分子内部不同原子之间的特定电荷转移形成的准“电子-空穴对”高能激发态同样可导致化学反应发生。

当前，非半导体光催化剂的开发已成为光催化研究的热点。Anpo等人基于光化学原理提出了高度分散的金属氧化物在紫外光作用下，能使电子从O₂^-₍₁₎转移到Mⁿ⁺₍₁₎形成相应的电荷转移激发态的观点。Anpo等人通过离子交换以及水热合成制得的杂原子分子筛催化剂对NO_x和CO₂的水汽光催化还原具有很好的活性和选择性。他们的工作表明，含过渡金属的Y沸石和MCM-41介孔分子筛能在骨架内形成孤立的金属-氧物种电荷转移激发态：[Me^(n-1)+-O^-]^*，这种激发态类似于半导体的光生电子-空穴对的作用，具有很强的光催化活性。A.G.Panov等人发现，经碱金属和碱土金属离子交换的沸石(如NaX、NaY、KY、BaY和CaY等)对烃类有机物的可见光光催化氧化具有很高的选择性。

沸石用作光催化剂的研究始于最近几年，Kato等报道了HZSM-5和丝光沸石对甲烷无氧偶联反应具有光催化活性，认为分子筛中Al-O单元的存在是HZSM-5和丝光沸石产生光催化活性的活性位。A.Moissette在酸性的Al-ZSM-5沸石上负载联苯(BP)时，发现光生电子-空穴对(BP/H_nZSM-5⁺)具有超长的寿命，其中补偿离子H⁺有着重要的作用。福州大学光催化研究所付贤智教授课题组研究了ZSM-5沸石对乙烯及甲基橙的光催化性能，发现光催化性能与样品中的铁含量有着良好的对应关系。文献调研的结果显示，对杂原子磷铝分子筛可见光光催化作用的研究尚少见报道，而且金属离子一般具有可变价态，具有催化氧化还原活性，可实现金属离子催化选择氧化反应的多相化，这是当今催化领域中一项十分引人关注的研究课题。

杂原子磷铝分子筛的出现是分子筛发展史中的一个新飞跃，它所具有新型的晶体结构和独特性质，特别是由于杂原子引入到磷铝分子筛的骨架上，极大地提高了杂原子磷铝系列分子筛的离子交换性能和催化活性。文献调研发现，有关杂原子磷铝分子筛催化剂的研究工作虽然活跃，可应用于许多烃类的转化反应中，如：裂解、氢化等，但在光催化这方面的应用相对较少，仅见到FeAPO-5可用于光催化氧化合成乙二醇等的相关报道，对于制备金属杂原子磷铝分子筛高效可见光光催化剂的方法以及杂原子磷铝分子筛在光催化降解有机染料方面的应用尚未见报道。

发明内容

本发明的目的就在于制备金属杂原子磷铝分子筛(MeAPO-5)高效可见光光催化剂。

为实现本发明的目的采用的技术方案如下：

材料磷酸，拟薄水铝石，金属盐，三乙胺、蒸馏水。

配比  按重量(克)比为磷酸∶拟薄水铝石∶金属盐∶三乙胺∶蒸馏水＝20∶10∶1.5～3.5∶8～10∶50的比例。

制备按以上配比，分别取磷酸，拟薄水铝石(AlOOH)，金属盐，三乙胺，蒸馏水混合搅拌均匀后，倒入带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜内，并置于马弗炉中，进行分段升温晶化反应。先以1℃/min的速率升温至60～95℃，维持恒温1～3h后，再以1℃/min的速率升温至170～190℃，维持恒温20～40h。随后自然冷却至室温，取出样品用去离子水洗涤至pH为6～7，于100～120℃烘箱中烘干，即得分子筛MeAPO-5高效可见光光催化剂的原粉。经X射线衍射分析，确定MeAPO-5具有AlPO₄-5分子筛骨架结构，且具有良好的结晶度及纯度，晶体为六角棱柱体。

本发明所述的金属盐是指硫酸镁、醋酸锌、硝酸铁、硫酸镍或硫酸锰。