[发明专利]光电催化氧化用负载型Y型分子筛膜阳极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光电催化氧化处理废水技术领域，具体涉及一种光电催化氧化用负载型Y型分子筛膜阳极材料的制备技术。

技术背景

我国工业废水如苯酚等污染严重，因此如何高效的治理工业废水将直接关系到人们切身利益和安全。其中，光催化氧化法和电催化氧化法是非常具有应用前景的水处理技术。光催化氧化和电催化氧化的核心分别是光催化剂和电极材料。

光催化氧化是以半导体的能带理论为基础的，主要是指光催化效率高、成本较低的二氧化钛。单纯的二氧化钛（TiO₂）本身只在紫外光条件下具有光催化性能，而掺杂或者改性的二氧化钛则具有在可见光下的催化活性，例如掺氮。但是TiO₂ 粉体颗粒在悬浮体系中容易发生团聚、较难回收、光透性能差，且悬浮液中的纳米粒子对环境的危害较大、易造成二次污染。此外，粉体颗粒光催化剂受光照射后产生的电子-空穴对的复合几率很高，光子利用效率低、光催化活性较低。

电催化氧化法是利用阳极的高电位或阳极反应产生的活性自由基，将废水中的污染物氧化降解方法。按照机理可分为直接氧化和间接氧化。在电催化氧化中，阳极材料主要分为碳素电极、金属电极和金属氧化物电极。碳素电极以石墨电极为代表，此种电极存在电阻大、能耗较高等缺点。金属氧化物电极以DSA电极为代表，此种电极虽然性能优越但成本相对较高。

合成分子筛膜的方法很多，如原位水热合成法、汽相合成法、溶胶-凝胶法、二次生长法等。其中二次生长法（晶种法）是一种非常有效的方法，可以跳过晶体成核期,直接提供晶体成核中心，从而大大缩减成膜时间且能够限制晶核转变为其他晶体，即避免出现杂晶。但是二次生长法存在两个核心问题也是难点问题，即晶种的制备以及如何将晶种均匀地预涂在支撑体表面。晶种引入的方法很多，如喷涂晶种法、砂纸打磨法、提拉浸渍法、浸涂法等。这些方法能够使晶种较为均匀地预涂在支撑体表面，但存在一定的缺陷，例如重复性差、可控性差、无法规模化应用等。

目前，光催化剂载体主要有陶瓷、金属片、玻璃、无机氧化物、沸石分子筛等。陶瓷、金属片、玻璃等载体存在坚固性差、吸附效率低、可见光光催化效率不高的缺点。而无机氧化物和沸石分子筛颗粒作为光催化材料若要应用到废水处理，仍然还需要成型、造粒等制备过程，因此，制备工艺长、操作复杂、成本较高、易造成二次污染等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能避免工艺复杂、造成二次污染的现有光电催化氧化技术的负载型Y型分子筛膜阳极材料制备的方法。

本发明以Y型分子筛结构导向剂作为晶种，采用电化学预吸附晶种二次生长在导电支撑体上制备Y型分子筛膜，并采用溶胶凝胶法在Y型分子筛膜上负载氮掺杂二氧化钛。

本发明成本低、设备简单、操作便捷、制备分子筛膜重复性高、苯酚降解速率快、降解效果显著。本发明以负载N掺杂TiO₂的Y型分子筛膜作为电极阳极材料，在模拟太阳光下光电催化氧化有机废水，其优点表现为：

（1）光电催化氧化工艺解决了单独电催化氧化和光催化氧化技术中降解效率不足。

（2）阳极材料制备简单、成本低、重复利用性高。

（3）具有可见光催化活性，显著降低现有技术的能耗，实用性强。

（4）分子筛膜是自然生长的成型体，减少了现有技术中粉体的成型、造粒过程，解决传统光催化剂活性组分容易流失，分离困难，不易回收，二次污染等缺点。

（5）光电催化组合工艺对有机废水降解速率明显提高。

 本发明具体的Y型分子筛膜制备方法是：先将氢氧化钠溶于SiO₂的NaOH溶液中，再加入Al₂（SO₄）₃水溶液，经搅拌，将形成的混合凝胶静置老化，取得晶种；再以去离子水将晶种稀释形成悬浮液，将导电支撑体电极（导电支撑体载体可以为不锈钢、多孔不锈钢、不锈钢网中的一种）放入悬浮液内，采用电化学吸附法使晶种吸附于导电支撑体电极表面，即得预吸附晶种层的支撑体；然后再将氢氧化钠溶于SiO₂的NaOH溶液中，再加入Al₂（SO₄）₃水溶液，搅拌均匀后加入晶种，继续搅拌形成凝胶反应液；将预吸附晶种层的支撑体浸入凝胶反应液中，在凝胶反应液温度为80-120℃的恒温条件下晶化；晶化结束后，取出导电支撑体电极，以去离子水清洗后烘干，即得Y型分子筛膜。