一种沸石改性玻璃纤维的多组分光催化材料及其制备方法和应用技术

一种沸石改性玻璃纤维的多组分光催化材料及其制备方法和应用，以预处理后的玻璃纤维为基体材料，以硫酸铝（Al2(SO4)3•18H2O）为铝源，硅溶胶（SiO2‑sol）为硅源，四丙基溴化铵（TPABr）或四丙基氢氧化铵（TPAOH）为模板剂，经二次生长法制备得到ZSM‑5/玻璃纤维，再利用溶胶凝胶法以及浸渍法将离子改性的TiO2涂覆于ZSM‑5/玻璃纤维表面，制备得到多组分光催化材料。本发明专利技术实现了吸附与光催化协同作用，显著提高了光催化的性能，具有广阔的应用前景。

A Zeolite Modified Glass Fiber Multicomponent Photocatalytic Material and Its Preparation and Application

A multi-component photocatalytic material for zeolite modified glass fibers and its preparation method and application. ZSM_5/glass fibers were prepared by secondary growth method using pretreated glass fibers as matrix material, aluminium sulfate (Al2(SO4)3 18H2O) as aluminium source, silica sol (SiO 2_sol) as silicon source, tetrapropyl ammonium bromide (TPABr) or tetrapropyl ammonium hydroxide (TPAOH) as template. The ionic modified TiO2 was coated on the surface of ZSM 5/ glass by sol-gel method and impregnation method, and the multi component photocatalytic material was prepared. The invention realizes the synergistic effect of adsorption and photocatalysis, remarkably improves the photocatalytic performance, and has broad application prospects.

【技术实现步骤摘要】
一种沸石改性玻璃纤维的多组分光催化材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及光催化用于环境领域，具体涉及一种沸石改性玻璃纤维的多组分光催化材料及其制备方法和应用。
技术介绍
光催化氧化技术具有反应快速高效，对污染物分解彻底且环境友好等优点。但粉末型催化剂尚存在对有机物吸附量低、活性组分易团聚、难回收、活性组分损失大等缺点。玻璃纤维(glassfiber)是一种性能优异的无机非金属材料，种类繁多，具有绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好、机械强度高、透光性高、成本低等特点。然而玻璃纤维存在吸附性能差的问题。ZSM-5沸石分子筛膜是一种多微孔硅铝酸盐晶体的无机膜，它除了具有沸石分子筛规整的晶体结构、分子大小均匀分布的孔径、大的比表面积、较强的表面酸中心等特性以外，还有良好的高温、化学稳定性，对废气中小分子、极性强的VOCs表现出较大的选择吸附特性。但由于分子筛粉末也是以悬浮态存在于反应液中，因此同样存在回收难的问题。因此基于沸石膜技术的负载型复合光催化材料制备新途径具有重要的研究意义和实用价值。
技术实现思路
解决的技术问题：本专利技术为了提升光催化剂的催化活性和扩大光响应范围，解决传统载体吸附性能差的问题，一种沸石改性玻璃纤维的多组分光催化材料及其制备方法和应用。以沸石分子筛作为改性手段，充分发挥其三维多孔、大表面积、吸附性能好的优势。通过二次生长法将ZSM分子筛以薄膜的形式锚定在玻璃纤维基体材料上，再将活性组分涂覆在ZSM/玻璃纤维载体上，使活性组分高度分散在载体表面。最终形成了吸附-光催化高度耦合的负载型复合光催化剂。技术方案：一种沸石改性玻璃纤维的多组分光催化材料的制备方法，以预处理后的玻璃纤维为基体材料，以硫酸铝(Al2(SO4)3·18H2O)为铝源，硅溶胶(SiO2-sol)为硅源，四丙基溴化铵(TPABr)或四丙基氢氧化铵(TPAOH)为模板剂，经二次生长法制备得到ZSM-5/玻璃纤维，再利用溶胶凝胶法以及浸渍法将离子改性的TiO2涂覆于ZSM-5/玻璃纤维表面，制备得到多组分光催化材料。上述沸石改性玻璃纤维的多组分光催化材料的制备方法，具体步骤如下：(1)对玻璃纤维依次进行酸洗、水洗、超声振荡处理，将处理过的玻璃纤维烘干备用；(2)制备晶种液：ZSM-5沸石分子筛晶种液的摩尔配比如下:n(A12O3):n(SiO2):n(Na2O):n(模板剂):n(H2O)＝1:(10～100):(8～15):(0～20):(200～10000)，将配制好的晶种液，在室温下搅拌陈化12-24h；(3)制备ZSM-5/玻璃纤维：采用提拉浸渍法，用上步制得的晶种液涂覆步骤(1)处理过的玻璃纤维，然后将玻璃纤维置于室温下自然晾干或风干，反复这一操作步骤至少2次；将涂覆过的玻璃纤维和晶种液加入反应釜中，使预涂覆过的玻璃纤维浸入晶种液中；在160～180℃下，晶化24～72h；反应完成后，过滤、洗涤、调节pH至中性并干燥；所得样品在500℃～800℃下，焙烧3～6h，得到ZSM-5/玻璃纤维；(4)将C16H36O4Ti溶于有机溶剂中，制成溶液A；另取去离子水、金属C化合物溶于有机溶剂中，所述金属C化合物为铬盐、钠盐或锆盐，搅拌得到溶液B；将溶液A进行搅拌并逐滴加入溶液B，混合液中C16H36O4Ti和金属C化合物的摩尔比如下:n(金属Cn+):n(Ti4+)＝(1～50):1，滴加完成后再搅拌45min后，得到淡黄色前驱体D，溶液A和溶液B所用有机溶剂相同；(6)将ZSM-5/玻璃纤维在淡黄色前驱体D中浸渍-风干-浸渍，反复这一操作步骤至少2次，负载后于室温陈化12-24h，真空干燥，400℃～600℃煅烧，煅烧时间为3～6h，即可得多组分光催化材料。优选的，步骤(1)中酸性溶液为浓度为1.84mol/L的稀HNO3、稀H2SO4或稀HCl，处理时间为蒸煮1～2h；对玻璃纤维在40kHz下超声处理10～15min；所用的玻璃纤维为无碱玻璃纤维。优选的，步骤(3)所述提拉浸渍法为：处理过的玻璃纤维在晶种液中浸渍5～10min后，以1cm/s速度将玻璃纤维垂直提拉至离开液面。优选的，步骤(3)中晶化的时间为48～72h；焙烧时间为5～6h。优选的，步骤(4)中有机溶剂为甲醇、乙醇或叔丁醇；金属C化合物为九水合硝酸铬、硝酸钠或氧氯化锆。上述制备方法所得的多组分光催化材料。上述多组分光催化材料在制备去除苯、甲苯或甲醛材料中的应用。有益效果：本专利技术选用的玻璃纤维具有绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好、机械强度高、透光性高、成本低等特点。通过二次生长法将ZSM分子筛以薄膜的形式锚定在玻璃纤维基体材料上，使玻璃纤维表面生长了一层致密且分布均匀的ZSM-5薄膜，增大了比表面积，同时改变了基体材料的性质使其对小分子，极性强的VOCs有很好的吸附能力。再将活性组分涂覆在ZSM/玻璃纤维载体上，使活性组分高度分散在载体表面。实现了吸附与光催化协同作用，显著提高了光催化的性能，具有广阔的应用前景。附图说明图1为实施例1制得的ZrTiOδ/ZSM-5/玻璃纤维对甲醛的降解率图；图2为实施例2制得的对NaTiOδ/ZSM-5/玻璃纤维苯的降解率图；图3为实施例3制得的CrTiOδ/ZSM-5/玻璃纤维对甲苯的降解率图。具体实施方式下面通过具体实验方案进一步说明本专利技术，但本专利技术并不限于此。实施例1一种沸石改性玻璃纤维的多组分光催化材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将玻璃纤维裁剪成所需规格(4cm*4cm)，取此等规格的8g玻璃纤维在100℃条件下，于1.84mol/L的稀硝酸溶液中蒸煮1.5h，以除去表面的氧化层以及一些游离的金属离子。然后用去离子水将其洗至中性，40kHz下超声振荡10min除去表面及孔内悬浮颗粒，80℃烘干，备用。(2)制备晶种液。具体步骤为：将0.50gNaOH加入到27.14g去离子水中，随后加入4.16gTPABr，溶解后再加入0.52gAl2(SO4)3·18H2O，室温下搅拌至完全溶解后逐滴加入9.38gSiO2-sol。配好的晶种液在室温下搅拌老化24h。(3)用上述所配制的晶种液涂覆处理过的玻璃纤维载体，让其在晶种液中浸渍5～10min后，以1cm/s速度将玻璃纤维垂直提拉至离开液面。然后将载体置于室温下自然晾干或风干，反复这一操作步骤三次。将上述涂覆过的玻璃纤维载体放入反应釜中，将晶种液加入反应釜中，使预涂覆过的玻璃纤维浸入晶种液中。在170℃下，晶化48小时。反应完成后，过滤、洗涤、调节pH至中性、干燥。所得样品在550℃下，焙烧5h，得到ZSM-5/玻璃纤维，备用。(4)将3.00g的C16H36O4Ti溶于15mL无水乙醇中制成溶液A。另取8mL的去离子水、0.757g硝酸锆(Zr(NO3)4·5H2O)溶于15mL无水乙醇中，搅拌得到溶液B。将溶液A进行搅拌并逐滴加入溶液B，滴加完成后再搅拌45min后，得到淡黄色前驱体D。(5)将ZSM-5/玻璃纤维在上述淡黄色前驱体D中浸渍-风干-浸渍，反复这一操作步骤至少2次。负载后于室温陈化24h，500℃焙烧2.5h，即可得ZrTiOδ/ZSM-5/玻璃纤维负载型复合光催化材料。其中δ为英文字符，表示有理数2～4，其负载量如表1所示。称取上述光催化剂4g，以甲醛本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种沸石改性玻璃纤维的多组分光催化材料的制备方法，其特征在于以预处理后的玻璃纤维为基体材料，以硫酸铝（Al2(SO4)3•18 H2O）为铝源，硅溶胶（SiO2‑sol）为硅源，四丙基溴化铵（TPABr）或四丙基氢氧化铵（TPAOH）为模板剂，经二次生长法制备得到ZSM‑5/玻璃纤维，再利用溶胶凝胶法以及浸渍法将离子改性的TiO2涂覆于ZSM‑5/玻璃纤维表面，制备得到多组分光催化材料。

【技术特征摘要】
1.一种沸石改性玻璃纤维的多组分光催化材料的制备方法，其特征在于以预处理后的玻璃纤维为基体材料，以硫酸铝（Al2(SO4)3•18H2O）为铝源，硅溶胶（SiO2-sol）为硅源，四丙基溴化铵（TPABr）或四丙基氢氧化铵（TPAOH）为模板剂，经二次生长法制备得到ZSM-5/玻璃纤维，再利用溶胶凝胶法以及浸渍法将离子改性的TiO2涂覆于ZSM-5/玻璃纤维表面，制备得到多组分光催化材料。2.根据权利要求1所述沸石改性玻璃纤维的多组分光催化材料的制备方法，其特征在于具体步骤如下：（1）对玻璃纤维依次进行酸洗、水洗、超声振荡处理，将处理过的玻璃纤维烘干备用；（2）制备晶种液：ZSM-5沸石分子筛晶种液的摩尔配比如下:n(A12O3):n(SiO2):n(Na2O):n(模板剂):n(H2O)=1:（10～100）:（8～15）:（0～20）:（200～10000），将配制好的晶种液，在室温下搅拌陈化12-24h；（3）制备ZSM-5/玻璃纤维：采用提拉浸渍法，用上步制得的晶种液涂覆步骤（1）处理过的玻璃纤维，然后将玻璃纤维置于室温下自然晾干或风干，反复这一操作步骤至少2次；将涂覆过的玻璃纤维和晶种液加入反应釜中，使预涂覆过的玻璃纤维浸入晶种液中；在160～180℃下，晶化24～72h；反应完成后，过滤、洗涤、调节pH至中性并干燥；所得样品在500℃～800℃下，焙烧3～6h，得到ZSM-5/玻璃纤维；（4）将C16H36O4Ti溶于有机溶剂中，制成溶液A；另取去离子水、金属C化合物溶于有机溶剂中，所述金属C化合物为铬盐、钠盐...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈英文，单耀，沈树宝，
申请(专利权)人：南京工业大学，南京朗科环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32