[发明专利]一种复合光催化剂TiO2@Zn-Im(SOD)的制备及其改性

说明书

本发明涉及一种复合光催化剂TiO₂@Zn‑Im(SOD)的制备及其改性。所述TiO₂@Zn‑Im(SOD)光催化剂制备包括如下步骤：将咪唑或其衍生物溶解在有机溶剂中得到溶液A；将锌盐溶解在有机溶剂中得到溶液B；将A、B液迅速混合并充分搅拌反应，而后加入钛酸酯继续搅拌反应得到悬浊液C，然后将悬浊液C离心洗涤并室温下自然干燥即可得复合材料TiO₂@Zn‑Im(SOD)。进一步地对所得复合材料进行高温活化改性，即可得到白色粉末状TiO₂@Zn‑Im(SOD)改性复合材料。此方法操作简单，成本低廉，所得复合材料颗粒均匀、稳定性好，对有机物去除能力强，极大程度的提高了复合光催化剂对废水中有机物的去除和降解效率，具有良好的应用价值和前景。

技术领域

本发明涉及光催化剂材料制备技术领域，具体为一种TiO₂@Zn-Im(SOD)复合光催化剂的制备方法及其改性。该复合光催化剂采用“一锅法”合成，所得材料均匀性好，改性后的TiO₂@Zn-Im(SOD)对有机物的去除效能显著提高，适应用于废水的净化处理工程中。

背景技术

随着工业化进程的加快，环境污染日趋严重，染料是使水体污染的有害物质之一，它是有机芳香族化合物苯环上的氢被卤素、硝基、胺基取代以后生成的芳香族卤化物、芳香族硝基化合物、芳香族胺类化学物、联苯等多苯环取代化合物，生物毒性都较大，部分还是“三致”物质，造成水资源的浪费和威胁着人类的生命。所以有必要发明一种高效降解染料的催化材料。

金属有机框架材料又称多孔配位聚合物，是由金属离子和有机配位体通过自组装而形成的一类具有周期性网络结构的多孔晶体材料。由于其具有多孔结构且骨架可调，比表面积大，孔隙率高等特性，使其在各个领域得以应用。近年来，金属有机框架材料在分离、吸附、光学、催化、气体存储、半导体传感器等方面有着潜在的应用前景。沸石咪唑类化合物框架是金属有机框架材料的一个主要分支，是由过渡金属-咪唑组成的多孔网状结构材料。相比金属有机框架材料，沸石咪唑类化合物由于中心金属离子和配体中的氮原子之间的强结合作用，表现出特殊的化学稳定性和热稳定性，又因其具备高度多孔的性质，是一种极好的多孔载体，用作催化剂的固载剂和改性剂。

自半导体材料用于催化降解有机物取得突破性进展以来，光催化技术已逐渐应用于处理纺织、造纸等行业产生的有机废水。二氧化钛因其催化活性高、化学和生物惰性好、对人体无毒、价廉等独特优点，成为近年来研究最活跃的催化材料之一。然而，由于二氧化钛半导体材料的禁带较宽，通常需要能量较高的紫外光照射才能实现光电子的激发和催化反应，无法实现对可见光的充分利用，这一定程度上也限制了二氧化钛材料在光催化领域的应用。

为进一步推进光催化技术的进展，本发明所设计的新型复合材料是采用室温搅拌法制备具有SOD沸石构型的Zn-Im沸石咪唑类框架纳米材料，而后通过钛酸酯的水解使纳米TiO₂填充于Zn-Im(SOD)孔道及表面上，并将所得TiO₂@Zn-Im(SOD)复合光催化剂采用高温煅烧活化，在借助Zn-Im(SOD)的骨架结构提高可见光吸光性能的同时，通过高温煅烧产生的结构缺陷和碳元素掺杂，提升复合光催化剂之间电子转移效率，最终显著提高复合光催化剂的催化活性。

发明内容

本发明的目的是提供了一种复合光催化剂TiO₂@Zn-Im(SOD)的制备及改性方法。所述方法制备的复合光催化材料颗粒均匀，稳定性强，具备一定吸附性能，且具备较高的光催化效率，在此基础上经过高温改性，可进一步显著提高光催化剂的光催化活性。

为实现上述目的，本发明采用制备方法步骤如下：

1.Zn-Im(SOD)基质材料的制备：

(1)将咪唑(或其衍生物)充分溶解在有机溶剂中得到溶液A。

(2)将锌盐充分溶解在有机溶剂中得到溶液B。