專利名稱：含鐵介孔分子篩催化劑及其在離子液體催化降解中的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于廢棄物處理領(lǐng)域，涉及一種含鐵介孔分子篩及應(yīng)用，尤其涉及其在可見光下催化降解離子液體中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
離子液體作為一種新型高效的綠色溶劑，因具有蒸氣壓極低、電化學窗口寬、可操作溫度范圍寬、熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性好、兼具溶劑和催化劑的性能等特點，已成為綠色化學研究的熱點之一，且被廣泛地應(yīng)用到有機合成、催化反應(yīng)、分離科學、電化學、生物化學、物理化學、化學工程等領(lǐng)域。離子液體一般由體積相對較大的結(jié)構(gòu)不對稱的有機陽離子與體積較大的無機陰離子組成。其中由N，N’ - 二烷基咪唑陽離子與陰離子構(gòu)成的咪唑類離子液體具有易于制備、結(jié)構(gòu)易于調(diào)控、有較大的液態(tài)穩(wěn)定溫度范圍、對水和空氣的穩(wěn)定性、對有機溶劑和無機鹽的特殊溶解性等優(yōu)點，已經(jīng)成為研究及應(yīng)用最為廣泛、最深入的一類離子液體。雖然離子液體在其開發(fā)研究的前期，被看作是水和超臨界流體之后的最有前景的綠色溶劑，但是隨著研究的深入，人們逐漸認識到離子液體本身的綠色性問題。離子液體的大規(guī)模應(yīng)用必然會產(chǎn)生工藝廢水，由于離子液體的優(yōu)良穩(wěn)定性，使其有可能突破傳統(tǒng)的污水處理單元而進入自然水系，最終形成持久性污染物(POPs)。目前對離子液體毒性研究已經(jīng)表明:離子液體對酶(如:乙酰膽堿酯酶)、微生物(如:大腸桿菌)及其它生物(植物、低等動物和高等動物等)都存在一定的毒性，并對植物、微生物生長有一定的抑制作用。因此找到離子液體環(huán)境友好的降解方法刻不容緩。在高級氧化降解技術(shù)中,Fenton及類Fenton法因具有反應(yīng)速度快、操作簡單等特點得到了廣泛應(yīng)用。趙勇勝等研究了類Fenton試劑氧化處理地下水中苯、甲苯、乙苯和二甲苯(BTEX)的效果及動力學，實驗表明在最優(yōu)條件下，類Fenton試劑在3h內(nèi)可將BTEX處理完全。Richard等提出處理柴油污染土壤的過程Fe3+催化比Fe2+更有效。傅強等以高壓汞燈為光源，研究了類Fenton試劑對水溶液中馬拉硫磷光化學降解的影響，在高壓汞燈的光照下，使馬拉硫磷在水溶液的光化學降解半衰期從71.4min降到17.lmin。而對于離子液體來說，Siedlecha等研究了類Fenton試劑法對1- 丁基_3_甲基氯鹽([BMIM]C1)降解率，在最優(yōu)條件下反應(yīng)90min后的降解效率可以達到90%以上。上述研究雖然取得了不錯的降解效率，但傳統(tǒng)的Fenton及類Fenton法存在著鐵組分流失造成二次污染、鐵組分無法重復(fù)使用、有機物礦化程度不高等缺陷，并不利于實際應(yīng)用。因此，我們需要設(shè)計可回收利用的催化劑，并有效避免鐵組分的流失。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足和缺點，本發(fā)明的首要目的在于提供一種具有良好活性和穩(wěn)定性的含鐵介孔分子篩催化劑。本發(fā)明的另一目的在于提供上述含鐵介孔分子篩催化劑在催化降解離子液體中的應(yīng)用。本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案來實現(xiàn):一種含鐵介孔分子篩催化劑，該含鐵介孔分子篩催化劑中鐵元素的質(zhì)量百分含量為5 10wt% ;所述含鐵介孔分子篩催化劑是采用原位合成法或浸潰法將鐵組分前驅(qū)體負載在分子篩上，然后對負載后樣品煅燒后制得。所述分子篩是SBA-15、SBA-16 或 MCM-41。所述鐵組分前驅(qū)體是FeCl3、Fe (NO3) 3 或 Fe (OCH2CH3) 3。所述原位合成法具體包括以下操作步驟:稱取4.0 8.0g 模板劑 EO20PO70EO20,溶于 125 250mL 濃度為 1.5mol/L
2.0mol/L的鹽酸溶液中，在30 35°C下攪拌2 3h至溶液澄清透明；勻速攪拌下加入鐵組分前驅(qū)體；待其溶解后逐滴加入7.8 15mL正硅酸乙酯，用氨水調(diào)節(jié)溶液pH至3.5 4，在38 40°C下勻速攪拌20 24h，使其充分反應(yīng)；將反應(yīng)后混合物加入水熱釜中，在110 130°C條件下水熱20 24h ;待反應(yīng)物冷卻到室溫，先抽濾再用高純水洗滌，所得固體在80 100°C下干燥10 12h ;然后放入馬弗爐內(nèi)，在500 600°C下煅燒5 6h，得到含鐵介孔分子篩催化劑。所述浸潰法具體包括以下操作步驟:配制0.lmol/L鐵組分前驅(qū)體 的乙醇溶液；取40 60mL鐵組分前驅(qū)體的乙醇溶液，在攪拌條件下，向其中加入2 3g分子篩，60 100°C下反應(yīng)3 5h ;將反應(yīng)液抽濾，所得固體用高純水洗滌3 5次；洗滌后樣品在80 100°C下鼓風干燥10 12h，再在500 600°C下煅燒5 6h，得到含鐵介孔分子篩催化劑。上述的含鐵介孔分子篩催化劑在催化降解離子液體中的應(yīng)用。所述離子液體的陽離子為具有式(a)結(jié)構(gòu)的咪唑陽離子，其中凡、R2> &為CH3_、CH3CH2CH2CH2-、(CH3) 2CHCH2-、CH3 (CH2)4CH2-或 CH3(CH2)6CH2-;所述離子液體的陰離子為 Cl'Br\ BF4\ PF6\ [Tf2N]\ [CF3SO3]-或[(CN)2N] -；
權(quán)利要求
1.一種含鐵介孔分子篩催化劑，其特征在于:該含鐵介孔分子篩催化劑中鐵元素的質(zhì)量百分含量為5 10wt% ;所述含鐵介孔分子篩催化劑是采用原位合成法或浸潰法將鐵組分前驅(qū)體負載在分子篩上，然后對負載后樣品煅燒后制得。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含鐵介孔分子篩催化劑，其特征在于:所述分子篩是SBA-15、SBA-16 或 MCM-41。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含鐵介孔分子篩催化劑，其特征在于:所述鐵組分前驅(qū)體是FeCl3、Fe (NO3) 3 或 Fe (OCH2CH3) 3。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含鐵介孔分子篩催化劑，其特征在于:所述原位合成法具體包括以下操作步驟:稱取 4.0 8.0g 模板劑 EO2qPO7qEO2q，溶于 125 250mL 濃度為 1.5mol/L 2.0mol/L 的鹽酸溶液中，在30 35°C下攪拌2 3h至溶液澄清透明；勻速攪拌下加入鐵組分前驅(qū)體；待其溶解后逐滴加入7.8 15mL正硅酸乙酯，用氨水調(diào)節(jié)溶液pH至3.5 4，在38 40°C下勻速攪拌20 24h，使其充分反應(yīng)；將反應(yīng)后混合物加入水熱釜中，在110 130°C條件下水熱20 24h ;待反應(yīng)物冷卻到室溫，先抽濾再用高純水洗滌，所得固體在80 100°C下干燥10 12h ;然后放 入馬弗爐內(nèi)，在500 600°C下煅燒5 6h，得到含鐵介孔分子篩催化劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含鐵介孔分子篩催化劑，其特征在于:所述浸潰法具體包括以下操作步驟: 配制0.lmol/L鐵組分前驅(qū)體的乙醇溶液；取40 60mL鐵組分前驅(qū)體的乙醇溶液，在攪拌條件下，向其中加入2 3g分子篩，60 100°C下反應(yīng)3 5h ;將反應(yīng)液抽濾，所得固體用高純水洗滌3 5次；洗滌后樣品在80 100°C下鼓風干燥10 12h，再在500 600°C下煅燒5 6h，得到含鐵介孔分子篩催化劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含鐵介孔分子篩催化劑在催化降解離子液體中的應(yīng)用。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的應(yīng)用，其特征在于:所述離子液體的陽離子為具有式(a)結(jié)構(gòu)的咪唑陽離子，其中札、R2、R3 為 CH3-> CH3CH2CH2CH2-、(CH3)2CHCH2-, CH3(CH2)4CH2-或CH3(CH2)6CH2-;所述離子液體的陰離子為 Cl—UFpPF6-、[Tf2N]' [CF3SO3F 或[(CN)2NF ;1IR1'、nOnzR3 (a)O
全文摘要
本發(fā)明公開了一種含鐵介孔分子篩催化劑及其在可見光下催化降解離子液體中的應(yīng)用。為了減少鐵組分流失造成二次污染、增強催化劑重復(fù)使用性，該含鐵介孔分子篩催化劑是先采用原位合成法或浸漬法將鐵組分負載在分子篩上，然后對負載后樣品煅燒后制得，鐵組分在分子篩上負載量為5～10%。該含鐵介孔分子篩應(yīng)用于在可見光下催化降解離子液體。本發(fā)明簡單易行、成本低廉、催化劑重復(fù)使用性好，能夠?qū)﹄x子液體或者含離子液體的廢棄物能進行清潔高效地可見光催化降解。
文檔編號B01J29/76GK103191770SQ20131009478
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月22日
發(fā)明者李雪輝, 馬楠, 于英豪, 黃理榮 申請人:華南理工大學