專利名稱：一種CuO/ZnO復(fù)合光催化劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無(wú)機(jī)材料領(lǐng)域，具體涉及一種CuO/ZnO復(fù)合光催化劑的制備方法。
背景技術(shù)：
催化劑是加速化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)，其本身并不參與反應(yīng)。光催化劑就是在光子的激發(fā)下能夠起到催化作用的化學(xué)物質(zhì)的統(tǒng)稱。光催化技術(shù)是在20世紀(jì)70年代誕生的基礎(chǔ)納米技術(shù)，在我國(guó)通常會(huì)用光觸媒這個(gè)通俗詞來(lái)稱呼光催化劑。典型的天然光催化劑就是我們常見的葉綠素，在植物的光合作用中促進(jìn)空氣中的二氧化碳和水合成為氧氣和碳水化合物。人工制備的光催化劑的用途很廣，它可以對(duì)表面活性劑、烴類、染料、氰化物、農(nóng)藥等有機(jī)物進(jìn)行有效的脫色、除毒、礦化， 且不產(chǎn)生二次污染，從而實(shí)現(xiàn)空氣的凈化、飲用水的殺菌處理和水體有機(jī)污染物的降解等， 具有非常重要的實(shí)用價(jià)值?？偟膩?lái)說(shuō)，光觸媒技術(shù)是一種納米仿生技術(shù)，用于環(huán)境凈化，先進(jìn)新能源，癌癥醫(yī)療，高效率抗菌等多個(gè)前沿領(lǐng)域。氧化鋅由于其非常好的光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)而成為用途最廣的半導(dǎo)體材料之一。由于氧化鋅由于其光生電子和空穴容易復(fù)合，光催化效率較低，因此，提高氧化鋅的電子和空穴分離效率是提高氧化鋅光催化效率的關(guān)鍵。從理論上講，提高光催化效率的方法包括貴金屬沉積、半導(dǎo)體復(fù)合、化學(xué)敏化等技術(shù)，其中貴金屬沉積法運(yùn)用比較廣泛，但是合成銀、金或者鉬的原材料成本高，越來(lái)越多的研究者把注意力集中到其他改性方法上，如半導(dǎo)體復(fù)合法。氧化銅是一種多功能無(wú)機(jī)材料，具有一定的電、磁、催化等特性，也是一種重要的窄帶隙半導(dǎo)體，它能夠有效地改善寬帶隙半導(dǎo)體氧化鋅的能帶結(jié)構(gòu)。常見的氧化鋅/氧化銅復(fù)合材料的制備方法有水熱法、沉淀法、固相合成法和電化學(xué)沉積法、浸漬法等。但這些合成方法所需時(shí)間長(zhǎng)、溫度高、能源消耗大，如水熱法合成時(shí)間需要6小時(shí)、溫度180°C，沉淀法合成時(shí)間需要10小時(shí)、溫度90°C，浸漬法合成時(shí)間需要20小時(shí)、溫度900C ；并且現(xiàn)有技術(shù)方法制備的氧化鋅/氧化銅復(fù)合材料的催化效率低，如現(xiàn)有技術(shù)中記載的用含鉻離子的溶液作為被降解的物質(zhì)在20W紫外燈下的光催化效率為60分鐘達(dá)到55%，又如用亞甲基藍(lán)作為被降解的物質(zhì)IlW的紫外燈下光催化作用13小時(shí)后降解率達(dá)到36.9%。因此，開辟新的合成方法并且提高氧化鋅/氧化銅復(fù)合光催化劑的催化效率是目前最重要的任務(wù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種合成溫度低、易于工業(yè)化應(yīng)用的CuO/ZnO 復(fù)合光催化劑的制備新方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種CuO/ZnO復(fù)合光催化劑的制備方法，包括如下步驟a、將硝酸銅溶液和聚乙二醇溶液混合，使混合液中硝酸銅的濃度為0.006 0. 2mol/L、聚乙二醇的濃度為0. 016 0. 8mol/L ；混合均勻后加入氧化鋅晶須，攪拌得到懸浮液；
b、向懸浮液中加入氫氧化鈉溶液，再將懸浮液加熱并保持在40 80°C，在紫外燈照下攪拌，使之充分；C、將充分反應(yīng)后的體系洗滌過(guò)濾后干燥得到CuO/ZnO復(fù)合光催化劑。其中，上述方法步驟a中氧化鋅晶須的加入量為每升混合液20 30克。其中，上述方法步驟a中將硝酸銅溶液和聚乙二醇溶液混合，使混合液中硝酸銅的濃度為0. 03 0. 065mol/L、聚乙二醇的濃度為0. 04 0. 6mol/L。其中，上述方法步驟a中所述聚乙二醇的分子量為400 8000。其中，上述方法步驟b中，加入氫氧化鈉溶液后使懸浮液中氫氧化鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14 18%。其中，上述方法中，步驟b所述的紫外燈的功率為10 30W。進(jìn)一步的，步驟b中所述紫外燈照下攪拌反應(yīng)的時(shí)間為3 6小時(shí)。其中，上述方法中，步驟c中干燥的溫度為50 80°C。本發(fā)明的有益效果是首先，本發(fā)明方法中使用紫外光輔助合成，使得CuO/ZnO復(fù)合光催化劑可以在低溫下(40 80°C)合成，且通過(guò)聚乙二醇的分散控制作用，使CuO在 ZnO表面均勻分散，提高光催化劑的催化效率；50 80°C的干燥溫度不會(huì)破壞氧化鋅和氧化銅的微觀形貌，反應(yīng)的重復(fù)性好，即每次都能成功合成本發(fā)明光催化劑；本發(fā)明方法的整個(gè)制備過(guò)程在攪拌器中進(jìn)行，紫外光輔助，設(shè)備簡(jiǎn)單，溫度低、能耗低，反應(yīng)時(shí)間短、效率高， 在有限的時(shí)間內(nèi)能夠合成分布均勻的納米復(fù)合材料，易于工業(yè)化應(yīng)用。其次，用本發(fā)明方法制得的CuO/ZnO復(fù)合光催化劑可實(shí)現(xiàn)CuO與ZnO結(jié)合緊密，具有優(yōu)異的光催化性能，在100 分鐘內(nèi)降解率可達(dá)93%。再次，本發(fā)明為無(wú)機(jī)材料領(lǐng)域提供了一種全新的制備CuO/ZnO復(fù)合光催化劑的方法，為該領(lǐng)域制備CuO/ZnO復(fù)合光催化劑提供了一種新的選擇。


圖1是本發(fā)明制備的CuO/ZnO復(fù)合光催化劑的X射線粉末衍射分析(XRD)譜圖； 縱坐標(biāo)是強(qiáng)度，任意單位；橫坐標(biāo)是2theta，單位度；圖2是實(shí)施例1制備的CuO/ZnO復(fù)合光催化劑的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(FESEM)圖；圖3是實(shí)施例2制備的CuO/ZnO復(fù)合光催化劑的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(FESEM)圖；圖4是實(shí)施例3制備的CuO/ZnO復(fù)合光催化劑的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(FESEM)圖；圖5是實(shí)施例4制備的CuO/ZnO復(fù)合光催化劑的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(FESEM)具體實(shí)施例方式本發(fā)明的具體實(shí)施方式
如下一種CuO/ZnO復(fù)合光催化劑的制備方法，包括如下步驟a、將硝酸銅溶液和聚乙二醇溶液混合，使混合液中硝酸銅的濃度為0.006 0. 2mol/L、聚乙二醇的濃度為0. 016 0. 8mol/L ；混合均勻后加入氧化鋅晶須，攪拌得到懸浮液；b、向懸浮液中加入氫氧化鈉溶液，再將懸浮液加熱并保持在40 80°C，在紫外燈照下攪拌，使之充分反應(yīng)(充分反應(yīng)后即能得到灰色懸物)；C、將充分反應(yīng)后的體系洗滌過(guò)濾后干燥得到CuO/ZnO復(fù)合光催化劑。
本發(fā)明為無(wú)機(jī)材料領(lǐng)域提供了一種全新的制備CuO/ZnO復(fù)合光催化劑的方法。該方法使用紫外光輔助合成，使得CuO/ZnO復(fù)合光催化劑可以在低溫下(40 80°C )合成，且通過(guò)聚乙二醇的分散控制作用，使CuO在ZnO表面均勻分散，提高光催化劑的催化效率。本發(fā)明方法的整個(gè)制備過(guò)程在攪拌器中進(jìn)行，紫外光輔助，設(shè)備簡(jiǎn)單，溫度低、能耗低，反應(yīng)時(shí)間短、效率高，在有限的時(shí)間內(nèi)能夠合成分布均勻的納米復(fù)合材料，易于工業(yè)化應(yīng)用。晶須是指以單晶形式生長(zhǎng)的、形狀類似短纖維，而尺寸遠(yuǎn)小于短纖維的須狀單晶體，由于晶須在結(jié)晶時(shí)原子結(jié)構(gòu)排列高度有序，直徑小到難容納那種存在于大晶體中的缺陷，如顆粒界面、空洞、位錯(cuò)及結(jié)構(gòu)不完整等，使晶須的強(qiáng)度接近完整晶體的理論值，是一種力學(xué)性能十分優(yōu)異的新型復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)增韌劑。優(yōu)選的，為了使方法更優(yōu)，節(jié)約資源，步驟a中氧化鋅晶須的加入量為每升混合液 20 30克。優(yōu)選的，為了使制備的CuO/ZnO復(fù)合光催化劑質(zhì)量更好，催化效率更高，上述方法步驟a中將硝酸銅溶液和聚乙二醇溶液混合，使混合液中硝酸銅的濃度為0. 03 0. 065mol/L、聚乙二醇的濃度為 0. 04 0. 6mol/L。為了使制備的CuO/ZnO復(fù)合光催化劑質(zhì)量更好，催化效率更高，步驟a中所述聚乙二醇的分子量為400 8000。優(yōu)選的，為了使方法更優(yōu)，制備的CuO/ZnO復(fù)合光催化劑質(zhì)量更好，催化效率更高，節(jié)約資源，步驟b中，加入氫氧化鈉溶液后使懸浮液中氫氧化鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14 18%。同理，為了使制備的CuO/ZnO復(fù)合光催化劑質(zhì)量更好，催化效率更高，步驟b所述的紫外燈的功率為10 30W，同時(shí)燈離懸浮液的距離以20至30厘米最佳。進(jìn)一步的，步驟b中所述紫外燈照下攪拌反應(yīng)的時(shí)間為3 6小時(shí)。本發(fā)明方法只需要3 6小時(shí)即可完成在紫外燈下的合成過(guò)程，反應(yīng)時(shí)間短，效率高，有利于工業(yè)化應(yīng)用。為了保持氧化鋅和氧化銅的微觀形貌，使得反應(yīng)的重復(fù)性好，即每次都能成功合成本發(fā)明光催化劑，步驟c中干燥的溫度為50 80°C。下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，但并不因此將本發(fā)明的保護(hù)范圍限制在實(shí)施例的范圍之中。實(shí)施例一至四用本發(fā)明方法制備CuO/ZnO復(fù)合光催化劑1、將硝酸銅(具體質(zhì)量見表1)溶于20ml去離子水中得硝酸銅溶液；另將聚乙二醇(具體質(zhì)量見表1)溶于80ml去離子水中得到聚乙二醇溶液，再將所述兩種溶液混合并攪拌15 30分鐘得到淡藍(lán)色的透明溶液；其中，硝酸銅和聚乙二醇均為分析純，聚乙二醇的分子量為4000。2、向步驟1中的淡藍(lán)色透明溶液中加入氧化鋅晶須(具體質(zhì)量見表1)，并在室溫下攪拌1小時(shí)，制得藍(lán)色懸浮液。氧化鋅晶須市場(chǎng)有售，本實(shí)施例氧化鋅晶須來(lái)源于成都交大晶宇有限公司，型號(hào)AT-83。3、向步驟2得到的藍(lán)色懸浮液中逐滴滴加IOml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為17. 5%的氫氧化鈉溶液，并攪拌均勻。4、將步驟3得到的懸浮液體系放在集熱式恒溫加熱磁力攪拌器中，加熱后保持在一定溫度下(具體溫度見表1)，在20瓦的紫外燈照下攪拌反應(yīng)3 6小時(shí)(具體時(shí)間見表 1)得灰色懸浮液，燈與懸浮液的距離為26厘米。5、將步驟4中獲得的灰色懸浮液依次用去離子水和無(wú)水乙醇分別抽濾洗滌2 3 次，然后置于恒溫干燥箱內(nèi)烘干即得到CuO/ZnO復(fù)合光催化劑(恒溫干燥溫度詳見表1)。實(shí)施例一至四的具體工藝參數(shù)請(qǐng)見表1。其中，表中的100分鐘內(nèi)的光催化效率 (% )試驗(yàn)的具體條件是，在濃度為10mg/L的50mL甲基橙溶液中加入0. 05克CuO/ZnO復(fù)合光催化劑，在紫外光輻照100分鐘后，測(cè)試甲基橙的濃度，用甲基橙的脫色率來(lái)表示光催化效率，計(jì)算公式為η (%) = 為)χ 100%
Λ其中η代表CuO/ZnO復(fù)合光催化劑的光催化效率，A0代表甲基橙的原始濃度，At 代表經(jīng)過(guò)t時(shí)間后的甲基橙的濃度。表1實(shí)施例一至四的具體參數(shù)
權(quán)利要求
1.一種CuO/ZnO復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于包括如下步驟a、將硝酸銅溶液和聚乙二醇溶液混合，使混合液中硝酸銅的濃度為0.006 0. 2mol/ L、聚乙二醇的濃度為0. 016 0. 8mol/L ；混合均勻后加入氧化鋅晶須，攪拌得到懸浮液；b、向懸浮液中加入氫氧化鈉溶液，再將懸浮液加熱并保持在40 80°C，在紫外燈照下攪拌，使之充分；c、將充分反應(yīng)后的體系洗滌過(guò)濾后干燥得到CuO/ZnO復(fù)合光催化劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CuO/ZnO復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于步驟a中氧化鋅晶須的加入量為每升混合液20 30克。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CuO/ZnO復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于步驟a中將硝酸銅溶液和聚乙二醇溶液混合，使混合液中硝酸銅的濃度為0. 03 0. 065mol/L、聚乙二醇的濃度為0. 04 0. 6mol/L。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CuO/ZnO復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于步驟a中所述聚乙二醇的分子量為400 8000。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CuO/ZnO復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于步驟b中， 加入氫氧化鈉溶液后使懸浮液中氫氧化鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14 18%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CuO/ZnO復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于步驟b所述的紫外燈的功率為10 30W。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的CuO/ZnO復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于步驟b中所述紫外燈照下攪拌反應(yīng)的時(shí)間為3 6小時(shí)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CuO/ZnO復(fù)合光催化劑的制備方法，其特征在于步驟c中干燥的溫度為50 80°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種CuO/ZnO復(fù)合光催化劑的制備方法，屬于無(wú)機(jī)材料領(lǐng)域。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種合成溫度低、易于工業(yè)化應(yīng)用的CuO/ZnO復(fù)合光催化劑的制備方法，該方法是采用紫外光輔助、在低溫下獲得具有高催化效率的CuO/ZnO復(fù)合光催化劑。本發(fā)明方法的整個(gè)制備過(guò)程在攪拌器中進(jìn)行，設(shè)備簡(jiǎn)單，溫度低、能耗低，反應(yīng)時(shí)間短、效率高，在有限的時(shí)間內(nèi)能夠合成分布均勻的納米復(fù)合材料，易于工業(yè)化應(yīng)用，本發(fā)明為無(wú)機(jī)材料領(lǐng)域提供了一種全新的制備CuO/ZnO復(fù)合光催化劑的方法。
文檔編號(hào)B01J23/80GK102513112SQ20111038976
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月30日
發(fā)明者劉勇, 彭玲, 潘曉勇, 王婕, 陳偉華 申請(qǐng)人:四川長(zhǎng)虹電器股份有限公司