CN103071498A - 一种Cu2O复合型光催化剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种Cu2O复合型光催化剂的制备方法，包括如下步骤：将蒸馏水、无水乙醇和铜盐溶液混合，然后加入膨胀石墨搅拌均匀，接着加入NaOH溶液和无水乙醇，最后加入NH2OH?HCl溶液，搅拌后静置；所得溶液进行水浴加热并搅拌，反应完成分层后，倒掉上层清液，冲洗沉淀，最后将沉淀溶解在无水乙醇中，烘干后即得一种Cu2O复合型光催化剂。本发明中以膨胀石墨和铜化合物为原料制备出膨胀石墨负载纳米Cu2O样品，原材料来源容易，价格低，制备工艺简单，对设备要求低，可操作性好；制备的光催化剂中纳米颗粒均匀负载在膨胀石墨表面，能够在可见光条件下高效降解有毒有害物质，回收利用简单，非常适用于有机污染物的处理。

Description

一种Cu2O复合型光催化剂的制备方法
技术领域
本发明涉及化学工程中的光催化剂制备技术领域，具体是一种Cu2O复合型光催化剂的制备方法。
背景技术
近年来，纳米Cu2O由于其具有优越的光催化性能，在环境污染治理方面逐步受到了环境研究者的重视，是继TiO2之后的新一代光催化剂，是一种极具开发前景的绿色环保光催化剂。有关研究表明，以纳米Cu2O为光催化剂，利用太阳光作为光源处理印染废水的研究，表明Cu2O多相催化法将可能成为染料废水治理的有效途径。
为了提高Cu2O的光催化性能，可对其进行改性。有关学者对Cu2O内嵌碳纳米管复合球的合成及光催化性能的研究，说明了Cu2O复合球对硝基苯酚溶液的光催化降解率比Cu2O高出10%左右。然而碳纳米管由于价格昂贵不适用于工业生产，所以用价格低廉的载体代替碳纳米管负载Cu2O就成为研究者的研究重点。
膨胀石墨是天然石墨经强氧化剂氧化得到一种层状化合物，具有比表面积大、层间离子交换能力强等特点，这些特点有利于膨胀石墨与无机材料的复合。以膨胀石墨作为载体所制备的纳米复合材料显示出了诸多优越的性能，而其成本却比碳纳米管复合材料低很多，因而具有潜在的应用前景。目前的研究主要集中在膨胀石墨/有机物纳米复合材料方面，关于膨胀石墨/无机物复合材料的研究相对较少。
基于以上分析，本发明以膨胀石墨和铜化合物为原料，通过直接沉淀法制备出一种Cu2O复合型光催化剂，这种催化剂制备成本低，制备工艺简单，对设备要求低，可操作性好，在可见光下能够高效降解有毒有害物质，回收利用简单，非常适用于染料废水的深度治理。
发明内容
本发明的目的在于提供一种Cu2O复合型光催化剂的制备方法，以膨胀石墨和铜化合物为原料，通过直接沉淀法制备出膨胀石墨负载纳米Cu2O样品，该制备工艺简单，成本低，对设备要求低，可操作性好。
本发明提供的技术方案是：一种Cu2O复合型光催化剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）将83.4单位体积的蒸馏水、20单位体积的无水乙醇和5单位体积的0.5 mol/L的铜盐溶液混合，然后加入膨胀石墨搅拌均匀，接着交替加入9单位体积的1.0 mol/L 的NaOH溶液和30单位体积的无水乙醇，最后均加入0.5~15单位体积的0.5 mol/L的NH2OH•HCl溶液，搅拌后静置1~6 小时；
（2）将步骤一中所得溶液进行水浴加热1~30分钟并搅拌，待溶液反应完成分层后，倒掉上层清液，用无水乙醇和蒸馏水的混合溶液来冲洗沉淀，最后将沉淀溶解在无水乙醇中，在20~80℃下烘干沉淀，即得一种Cu2O复合型光催化剂。
所述步骤一中的铜盐溶液为CuCl2或Cu(NO3)2溶液，铜盐与膨胀石墨的质量比为5:1~1:1。
所述步骤一中膨胀石墨的负载量为10%~50%。
所述步骤一中加入NH2OH•HCl溶液的时间为1~30秒。
所述步骤二中用来冲洗沉淀的混合溶液中，无水乙醇和蒸馏水的体积比为1：1。
本发明的有益效果是：
（1）本发明中以膨胀石墨和铜化合物为原料，通过直接沉淀法制备出膨胀石墨负载纳米Cu2O样品，所采用的原材料来源容易，价格低，制备工艺简单，对设备要求低，可操作性好；
（2）本发明制备的光催化剂中纳米颗粒均匀负载在膨胀石墨表面，能够在可见光条件下高效降解有毒有害物质，回收利用简单，非常适用于有机污染物的处理；
（3）膨胀石墨具有比表面积大、层间离子交换能力强等特点，这些特点有利于膨胀石墨与无机材料的复合，以膨胀石墨作为载体所制备的纳米光催化复合材料具有很好的协同作用，可以大大提高其光催化降解能力。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，本发明不仅仅限于这些实施例。
实施例1：
一种Cu2O复合型光催化剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）将83.4ml的蒸馏水、20ml的无水乙醇和5ml的0.5 mol/L的CuCl2溶液混合，然后加入膨胀石墨搅拌均匀，其中铜盐与膨胀石墨的质量比为5:1，接着交替加入9ml的1.0 mol/L 的NaOH溶液和30ml的无水乙醇，最后在5秒内均加入9.8ml的0.5 mol/L的NH2OH•HCl溶液，搅拌后静置6小时；
（2）将步骤一中所得溶液进行水浴加热10分钟并搅拌，待溶液反应完成分层后，倒掉上层清液，用体积比为1:1的无水乙醇和蒸馏水的混合溶液来冲洗沉淀，最后将沉淀溶解在无水乙醇中，在75℃下烘干沉淀，即得一种Cu2O复合型光催化剂。
将该复合型光催化剂按照光催化降解有机污染物的评价方法进行光催化降解实验，结果发现甲基橙的降解率可达98%。
实施例2：
一种Cu2O复合型光催化剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）将83.4ml的蒸馏水、20ml的无水乙醇和5ml的0.5 mol/L的Cu(NO3)2溶液混合，然后加入膨胀石墨搅拌均匀，其中铜盐与膨胀石墨的质量比为1:1，接着交替加入9ml的1.0 mol/L 的NaOH溶液和30ml的无水乙醇，最后在25秒内均加入15ml的0.5 mol/L的NH2OH•HCl溶液，搅拌后静置1.5小时；
（2）将步骤一中所得溶液进行水浴加热20分钟并搅拌，待溶液反应完成分层后，倒掉上层清液，用体积比为1:1的无水乙醇和蒸馏水的混合溶液来冲洗沉淀，最后将沉淀溶解在无水乙醇中，在50℃下烘干沉淀，即得一种Cu2O复合型光催化剂。
将该复合型光催化剂按照光催化降解有机污染物的评价方法进行光催化降解实验，结果发现甲基橙的降解率可达93%。
光催化降解有机污染物的评价方法：以甲基橙为目标污染物，配置30mg/L 的甲基橙溶液，将100mg的催化剂样品加到90mL甲基橙溶液中，在上述条件下进行甲基橙溶液的催化脱色降解，在此过程中持续搅拌。首先暗反应30分钟, 随后取6mL试样，立即离心除去光催化剂。用722型分光光度计测定清液在λmax=464nm处的吸光度值。之后，进行光催化反应，每隔10分钟取一次样，测所取试样的吸光度值，光催化实验总时长为2小时。90分钟后得到样品的紫外可见吸收光谱。

Claims (5)

1.一种Cu2O复合型光催化剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）将83.4单位体积的蒸馏水、20单位体积的无水乙醇和5单位体积的0.5 mol/L的铜盐溶液混合，然后加入膨胀石墨搅拌均匀，接着交替加入9单位体积的1.0 mol/L 的NaOH溶液和30单位体积的无水乙醇，最后均加入0.5~15单位体积的0.5 mol/L的NH2OH•HCl溶液，搅拌后静置1~6 小时；
（2）将步骤一中所得溶液进行水浴加热1~30分钟并搅拌，待溶液反应完成分层后，倒掉上层清液，用无水乙醇和蒸馏水的混合溶液来冲洗沉淀，最后将沉淀溶解在无水乙醇中，在20~80℃下烘干沉淀，即得一种Cu2O复合型光催化剂。
2.按照权利要求1要求所述的一种Cu2O复合型光催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤一中的铜盐溶液为CuCl2或Cu(NO3)2溶液，铜盐与膨胀石墨的质量比为5:1~1:1。
3.按照权利要求1要求所述的一种Cu2O复合型光催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤一中膨胀石墨的负载量为10%~50%。
4.按照权利要求1所述的一种粉煤灰基光催化砖的制备方法，其特征在于：所述步骤一中加入NH2OH•HCl溶液的时间为1~30秒。
5.按照权利要求1所述的一种粉煤灰基光催化砖的制备方法，其特征在于：所述步骤二中用来冲洗沉淀的混合溶液中，无水乙醇和蒸馏水的体积比为1：1。
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