專利名稱：一種碳納米管復合氧化亞銅可見光催化劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境污染治理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種具有可見光響應(yīng)的碳納米管復合氧化亞銅可見光催化劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
半導體光催化技術(shù)具有綠色環(huán)保、操作簡便、適應(yīng)性強等優(yōu)點，是一項極具開發(fā)前景的污水處理技術(shù)。TiO2因具有高度的化學穩(wěn)定性、抗磨損、價格低廉、無毒以及良好的紫外光降解活性等優(yōu)點，是光催化降解環(huán)境污染物的理想材料，引起了各國研究者的廣泛興趣。但由于其上光生載流子復合快，導致光量子效率低，同時，TiO2禁帶寬度寬Γ3. 2eV)，只能響應(yīng)小于388nm的紫外光，無法利用占太陽光45%的可見光，限制了其實際應(yīng)用(程萍等，化學進展，2005，17(1): 8-14)。研究和開發(fā)具有可見光響應(yīng)的高活性光催化劑成為當前催化領(lǐng)域的研究熱點(Aman, N. et al, Materials Research Bulletin, 2012, 47 (2): 179-183)(CN 101537354)。作為一種傳統(tǒng)的半導體材料，Cu2O禁帶寬度較窄Γ2. 2eV)，可以吸收大部分可見光，并且材料來源豐富，無毒，制備成本低廉，近年來Cu2O光催化材料引起了廣泛的關(guān)注并進行了相關(guān)研究(徐晨洪等，化學進展，2010，22(12) : 2290-2297)。然而Cu2O本身存在光量子效率低、光腐蝕等缺點，致使光催化性能均較差。為了提高Cu2O的光催化性能，將其制成擔載型光催化劑或復合型光催化劑已被認為是有效的方法，如活性炭負載氧化亞銅光催化劑用于酚類有機污染物降解的發(fā)明(CN 102580742 A)，也有Cu2O/珍珠貝殼復合光催化劑的制備以及用于有機染料降解的文獻報導(鄒曉蘭等，催化學報，2011，32(6):950-956)，均表明擔載型Cu2O光催化劑或復合型Cu2O光催化劑較單純的Cu2O光催化劑具有較高的光催化活性。新型碳材料-碳納米管由于具有高的比表面積、優(yōu)良的電子傳導性、特殊的孔腔結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的熱穩(wěn)定性以及吸附等性能，近年來被廣泛用于催化研究領(lǐng)域(Serp P. et al,Applied Catalysis A, 2003, 253(2) : 337-358)。近來出現(xiàn)了關(guān)于將碳納米管內(nèi)嵌于氧化亞銅內(nèi)制成復合球的文獻報導(陳小華等，湖南大學學報(自然科學版)，2011，38(1):44-48)，采用明膠控制該復合球的形成，首先要將明膠溶液與分散好碳納米管的水溶液混合并攪拌至黏稠狀，再于55°C條件下真空干燥8h后磨碎得到粉末，然后將粉末再加入一定量的去離子水中磁力攪拌制得分散均勻的碳納米管/明膠溶液，并進一步利用葡萄糖液相還原的方法制備，盡管研究結(jié)果顯示碳納米管可以均勻嵌鑲在Cu2O球內(nèi)部，但本研究未提及該復合球在可見光條件下降解環(huán)境污染物的光催化性能，也就是說其在可見光條件下直接高效降解環(huán)境污染物的性能并不清楚，同時制備工藝相對比較繁瑣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要提出一種碳納米管復合氧化亞銅可見光催化劑及其制備方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的在可見光條件下直接高效降解環(huán)境污染物不理想和制備工藝繁瑣的問題。
本發(fā)明為解決上述問題所采用的技術(shù)方案是
一種碳納米管復合氧化亞銅可見光催化劑的制備方法如下
(1)將3g商品多壁碳納米管(外管徑10-20nm)放入預先裝有150mL68wt%硝酸的三口燒瓶中，油浴140°C回流14h，然后混合物過濾并用蒸餾水洗滌，直到濾液pH值接近7.0，而后放入烘箱中，于110°C烘干，備用；
(2)分別配制lmol/L (11(勵3)2溶液4011^，211101/1 NaOH 溶液 50mL 和 lmol/L C6H12O6 溶液 5OmL ；
(3)稱取O.143g預處理的碳納米管浸于步驟(2)中的Cu (NO3)2溶液中，并于超聲場條件下(50Hz，功率100W)振蕩處理30min ；
(4)將步驟(2)中配制的NaOH溶液量取10mL，逐滴加入步驟(3)混有碳納米管的Cu (NO3) 2溶液中，再攪拌15min，如此重復直至消耗完50mL NaOH溶液為止，將得到的懸濁液水浴加熱到60°C ；
(5)同時將步驟(2)中配制的C6H12O6溶液也水浴加熱到60°C，而后將其緩慢加入到步驟(4)中懸濁液中，繼續(xù)60°C水浴60min，得到沉淀物；
(6)沉淀物經(jīng)抽濾、乙醇洗滌后轉(zhuǎn)入烘箱中，90°C干燥3h，制得5被％含量的碳納米管復合氧化亞銅光催化劑?！N采用上述制備方法制得的碳納米管復合氧化亞銅可見光催化劑。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比所具有的有益效果碳納米管復合氧化亞銅可見光催化劑的制備是以硝酸銅為原料，以碳納米管為增強材料，采用液相還原法將碳納米管復合到氧化亞銅中，催化劑制備方法簡便、價格低廉、碳納米管在催化劑中分散性好、晶粒尺寸顯著降低、光催化活性高。用該催化劑催化降解甲基橙染料，可在可見光條件下高效去除環(huán)境污染物(降解率達到85%以上)且反應(yīng)條件溫和、易于操作。


圖I碳納米管復合氧化亞銅光催化劑的X射線衍射圖譜；
圖2碳納米管復合氧化亞銅光催化劑的紅外光譜。
具體實施例方式以下實施實例進一步說明本發(fā)明提供的碳納米管復合氧化亞銅光催化劑、制備方法以及應(yīng)用。實施例本發(fā)明提供的碳納米管復合氧化亞銅光催化劑的制備方法如下
(1)將3g商品碳納米管(外管徑10-20nm)放入預先裝有150mL68wt%硝酸的三口燒瓶中，油浴140°C回流14h，然后混合物過濾并用蒸餾水洗滌，直到濾液pH值接近7. 0，而后放入烘箱中，于110°C烘干，備用；
(2)分別配制lmol/L (11(勵3)2溶液4011^，211101/1 NaOH 溶液 50mL 和 lmol/L C6H12O6 溶液 5OmL ；
(3)稱取0.143g預處理的碳納米管浸于步驟(2)中的Cu (NO3)2溶液中，并于超聲場條件下(50Hz，功率100W)振蕩處理30min ；
(4)將步驟(2)中配制的NaOH溶液量取10mL，逐滴加入步驟(3)混有碳納米管的Cu (NO3) 2溶液中，再攪拌15min，如此重復直至消耗完50mL NaOH溶液為止，將得到的懸濁液水浴加熱到60°C ；
(5)同時將步驟(2)中配制的C6H12O6溶液也水浴加熱到60°C，而后將其緩慢加入到步驟(4)中懸濁液中，繼續(xù)60°C水浴60min，得到沉淀物；
(6)沉淀物經(jīng)抽濾、乙醇洗滌后轉(zhuǎn)入烘箱中，90°C干燥3h，制得5wt%含量的碳納米管復合氧化亞銅光催化劑。稱取適量甲基橙固體配成20mg/L甲基橙溶液，以實例例制備的CNTs/Cu20為復合光催化劑，將IOOmg催化劑放入燒杯，加入IOOmL甲基橙溶液，超聲振蕩30min和黑暗磁力攪拌30min后，以500W碘鎢燈為可見光源進行光催化降解實驗。每隔一段時間取樣2^3mL進行離心分離，在染料最大吸收波長464nm處測其吸光度，以染料降解率D表征催化劑CNTs/Cu20的光催化活性。光催化降解率D以下式計算
D = [ (A0-At) / A0] X 100%
式中A為光照時間Omin時試樣的吸光度值 At為反應(yīng)時間t時試樣的吸光度值 降解此后，降解率達到85%以上。
權(quán)利要求
1.一種碳納米管復合氧化亞銅可見光催化劑的制備方法如下 (1)將3g商品多壁碳納米管(外管徑10-20nm)放入預先裝有150mL68wt%硝酸的三口燒瓶中，油浴140°C回流14h，然后混合物過濾并用蒸餾水洗滌，直到濾液pH值接近7. O，而后放入烘箱中，于110°C烘干，備用；(2)分別配制lmol/L (11(勵3)2溶液4011^，211101/1 NaOH 溶液 50mL 和 lmol/L C6H12O6 溶液 5OmL ； (3)稱取O.143g預處理的碳納米管浸于步驟(2)中的Cu (NO3)2溶液中，并于超聲場條件下(50Hz，功率100W)振蕩處理30min ； (4)將步驟(2)中配制的NaOH溶液量取10mL，逐滴加入步驟(3)混有碳納米管的Cu (NO3) 2溶液中，再攪拌15min，如此重復直至消耗完50mL NaOH溶液為止，將得到的懸濁液水浴加熱到60°C ； (5)同時將步驟(2)中配制的C6H12O6溶液也水浴加熱到60°C，而后將其緩慢加入到步驟(4)中懸濁液中，繼續(xù)60°C水浴60min，得到沉淀物； (6)沉淀物經(jīng)抽濾、乙醇洗滌后轉(zhuǎn)入烘箱中，90°C干燥3h，制得5被％含量的碳納米管復合氧化亞銅光催化劑。
2.一種采用如權(quán)利要求I所述的制備方法制得的碳納米管復合氧化亞銅可見光催化劑。
全文摘要
本發(fā)明屬于環(huán)境污染治理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種具有可見光響應(yīng)的碳納米管復合氧化亞銅可見光催化劑及其制備方法?，F(xiàn)有技術(shù)存在在可見光條件下直接高效降解環(huán)境污染物不理想和制備工藝繁瑣的問題。本發(fā)明為解決上述問題所采用的技術(shù)方案是以硝酸銅為原料，以碳納米管為增強材料，采用液相還原法將碳納米管復合到氧化亞銅中。本發(fā)明的催化劑制備方法簡便、價格低廉、碳納米管在催化劑中分散性好、晶粒尺寸顯著降低、光催化活性高。
文檔編號B01J23/72GK102872868SQ20121032292
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月4日
發(fā)明者士麗敏, 傅冬 申請人:西安工業(yè)大學