CN102921417B

CN102921417B - 一种纳米氧化铜催化剂的制备方法

Info

Publication number: CN102921417B
Application number: CN201210410730.XA
Authority: CN
Inventors: 马建锋; 邹静; 李定龙; 杨彦
Original assignee: Changzhou University
Current assignee: Jiangyin Intellectual Property Operation Co., Ltd
Priority date: 2012-10-25
Filing date: 2012-10-25
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2032-10-25
Also published as: CN102921417A

Abstract

本发明公开一种纳米氧化铜催化剂的制备方法，将可溶性铜盐和可溶性铝盐按照铜：铝=2：1~4：1的摩尔比配置成总浓度为2~4mol/L的溶液；滴加50%~70%NaOH溶液调节pH值至8~10，老化，固液分离，烘干，得到铜铝水滑石；将丙烯酸和水按体积比为1：1~1：2混合，按每克铜铝水滑石对应3~5mmol丙烯酸的量将铜铝水滑石加入到该丙烯酸溶液中，60~70℃恒温搅拌5~6h，老化12~24h，再加入过硫酸铵，加热60~90℃，反应8~10h，去离子水洗，70~90℃烘干，研磨，将粉末加热到600~700℃，真空煅烧后加入到浓度为20%~40%的氢氧化钠溶液中即可，工艺简单。

Description

一种纳米氧化铜催化剂的制备方法

技术领域

本发明涉及一种纳米氧化铜催化剂的制备方法，该材料可以作为有机废水处理用催化剂。

背景技术

纳米材料所呈现的新颖性质以及在光电领域的重要应用前景，使得其研究受到了科学家们的极大重视。具有高分散性能的的纳米氧化铜，作为一种重要的无机纳米材料在磁性材料、光吸收、化学活性、热阻和催化剂等领域有着广泛的应用。它可用作催化剂和催化剂载体以及电极活性材料，同时还可作为涂料添加剂、抗菌材料、传感材料。目前有关纳米氧化铜的制备方法有：室温固相反应法、反应磁控溅射沉积法、溶胶-凝胶法、醇热法等等，但大多数报道中合成的纳米结构氧化铜极易团聚、分布不均匀且尺寸迥异，乱无章。利用阳极氧化铝模板为基底水热法合成纳米氧化铜虽较为规整，但是工艺较为复杂，而且产率较低，不利于大规模生产。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种不易团聚、分布均匀、工艺简单的纳米氧化铜催化剂的制备方法。

本发明采用的技术方案是采用如下步骤：1）将可溶性铜盐和可溶性铝盐按照铜：铝=2：1~4：1的摩尔比配置成总浓度为2~4 mol/L的溶液；2）向该溶液中滴加50%~70% 的NaOH 溶液调节pH值至8~10，滴加时在300~400 rpm下快速搅拌60～120分钟，滴加完成后在60~70℃条件下老化24~48 h，老化完成后固液分离，将固体用去离子水清洗2~3遍，在70~90℃下烘干，得到铜铝水滑石；3）将丙烯酸和水按体积比为1：1~1：2混合，按每克铜铝水滑石对应3~5mmol丙烯酸的量，将铜铝水滑石加入到该丙烯酸溶液中，在60~70℃恒温搅拌5~6 h，老化12~24 h，再加入过硫酸铵引发丙烯酸聚合，每克水滑石对应的过硫酸铵的量为5~15 mmol，加热到60~90℃，反应8~10 h，用去离子水洗2~3遍，70~90℃烘干，研磨，过20~40目筛得到粉末；4）将得到的粉末放入真空管式炉中，在真空条件下加热到600~700℃，真空煅烧2~4 h，冷却至室温；5）将煅烧后的粉末加入到浓度为20%~40%的氢氧化钠溶液中即可，每克粉末对应5~10毫升氢氧化钠溶液。

本发明的有益效果是：

1. 催化剂形成纳米层结构，具有纳米效应，有利于发挥催化效应。

2. 层状结构有利于形成较大的比表面积，可以促进吸附，进而让催化效果更好。

3. 催化剂固定在纳米碳板上，不易团聚，有利于充分发挥纳米效应。

具体实施方式

将可溶性的铜盐（如氯化铜）和可溶性的铝盐（如氯化铝）按照铜：铝=2：1~4：1摩尔比的量配置成总浓度为2~4 mol/L的溶液。向该溶液中滴加50%~70% 的NaOH 溶液调节pH值至8~10，滴加时在300~400 rpm下快速搅拌60～120分钟，滴加完成后在60~70℃条件下老化24~48 h，老化完成后固液分离，将固体用去离子水清洗2~3遍，在70~90℃下烘干，得到铜铝水滑石，在此过程中铜离子和铝离子形成类水滑石结构的层状固体。将丙烯酸和水按体积比1：1~1：2的比例混合，按照每克铜铝水滑石对应3~5mmol丙烯酸的量，将铜铝水滑石加入到该丙烯酸溶液中，在60~70℃恒温搅拌5~6 h，老化12~24 h，再加入过硫酸铵引发丙烯酸聚合，每克水滑石对应的过硫酸铵的量为5~15 mmol，加热到60~90℃，反应8~10 h，用去离子水洗2~3遍，70~90℃烘干，研磨，过20~40目筛得到粉末，在该过程中，将丙烯酸先通过阴离子交换，引入铜离子和铝离子形成类水滑石结构的层状固体的层间，再通过引发剂引发聚会，得到聚丙烯酸。将得到的粉末放入真空管式炉中，在真空条件下加热到600~700℃，真空煅烧2~4 h，冷却至室温，该过程中水滑石层间的聚丙烯酸碳化，形成厚度在纳米尺度的碳片。将煅烧后的粉末加入到浓度为20%~40%的氢氧化钠溶液中，每克粉末对应5~10毫升氢氧化钠溶液，将层间的氧化铝溶解，得到纳米碳层间隔开的氧化铜片层，层间有洗去氧化铝得到的孔洞。

以下提供本发明的3个实施例：

实施例1

将氯化铜和氯化铝按照铜：铝=2：1摩尔比的量配置成总浓度为2 mol/L的溶液；向该溶液中滴加50%的NaOH 溶液调节pH值至8，滴加时在300 rpm下快速搅拌60分钟，滴加完成后在60℃条件下老化24 h，老化完成后固液分离，将固体用去离子水清洗2遍，在70℃下烘干，得到铜铝水滑石，在此过程中铜离子和铝离子形成类水滑石结构的层状固体；将丙烯酸和水按体积比1：1的比例混合，按照每克铜铝水滑石对应3mmol丙烯酸的量，将铜铝水滑石加入到该丙烯酸溶液中，在60℃恒温搅拌5 h，老化12 h，再加入过硫酸铵引发丙烯酸聚合，每克水滑石对应的过硫酸铵的量为5mmol，加热到60℃，反应8 h，用去离子水洗2遍，70℃烘干，研磨，过20目筛得到粉末；将得到的粉末放入真空管式炉中，在真空条件下加热到600℃，真空煅烧2 h，冷却至室温；将煅烧后的粉末加入到浓度为20%的氢氧化钠溶液中，每克粉末对应5毫升氢氧化钠溶液，将层间的氧化铝溶解，得到纳米碳层间隔开的氧化铜片层，层间有洗去氧化铝得到的孔洞。

将得到的氧化铜催化剂用于有机废水处理，将1g该催化剂加入到500 mL 浓度为25mg/L 的酸性红废水中，在500w金卤灯照射下，反应25 min，脱色率为97.1%，催化剂分离后可以重复利用。

实施例2

将硝酸铜和硫酸铝按照铜：铝=4：1摩尔比的量配置成总浓度为4 mol/L的溶液；向该溶液中滴加70% 的NaOH 溶液调节pH值至10，滴加时在400 rpm下快速搅拌120分钟，滴加完成后在70℃条件下老化48 h，老化完成后固液分离，将固体用去离子水清洗3遍，在90℃下烘干，得到铜铝水滑石，在此过程中铜离子和铝离子形成类水滑石结构的层状固体；将丙烯酸和水按体积比1：2的比例混合，按照每克铜铝水滑石对应5mmol丙烯酸的量，将铜铝水滑石加入到该丙烯酸溶液中，在70℃恒温搅拌6 h，老化24 h，再加入过硫酸铵引发丙烯酸聚合，每克水滑石对应的过硫酸铵的量为15mmol，加热到90℃，反应10 h，用去离子水洗3遍，90℃烘干，研磨，过40目筛得到粉末；将得到的粉末放入真空管式炉中，在真空条件下加热到700℃，真空煅烧4 h，冷却至室温；将煅烧后的粉末加入到浓度为40%的氢氧化钠溶液中，每克粉末对应10毫升氢氧化钠溶液，将层间的氧化铝溶解，得到纳米碳层间隔开的氧化铜片层，层间有洗去氧化铝得到的孔洞。

将得到的氧化铜催化剂用于有机废水处理，将1g该催化剂加入到500 mL 浓度为30 mg/L 的金橙7废水中，在500w金卤灯照射下，反应25 min，脱色率为98.2%，催化剂分离后可以重复利用。

实施例3

将氯化铜和硝酸铝按照铜：铝=3：1摩尔比的量配置成总浓度为3mol/L的溶液；向该溶液中滴加60% 的NaOH 溶液调节pH值至9，滴加时在350 rpm下快速搅拌120分钟，滴加完成后在70℃条件下老化36 h，老化完成后固液分离，将固体用去离子水清洗3遍，在80℃下烘干，得到铜铝水滑石，在此过程中铜离子和铝离子形成类水滑石结构的层状固体；将丙烯酸和水按体积比1：2的比例混合，按照每克铜铝水滑石对应4mmol丙烯酸的量，将铜铝水滑石加入到该丙烯酸溶液中，在65℃恒温搅拌6 h，老化18 h，再加入过硫酸铵引发丙烯酸聚合，每克水滑石对应的过硫酸铵的量为10 mmol，加热到80℃，反应9 h，用去离子水洗3遍，80℃烘干，研磨，过30目筛得到粉末；将得到的粉末放入真空管式炉中，在真空条件下加热到700℃，真空煅烧3 h，冷却至室温；将煅烧后的粉末加入到浓度为30%的氢氧化钠溶液中，每克粉末对应7毫升氢氧化钠溶液，将层间的氧化铝溶解，得到纳米碳层间隔开的氧化铜片层，层间有洗去氧化铝得到的孔洞。

将得到的氧化铜催化剂用于有机废水处理，将1g该催化剂加入到500 mL 浓度为30 mg/L 的玫瑰红B废水中，在500w金卤灯照射下，反应25 min，脱色率为96.7%，催化剂分离后可以重复利用。

Claims

1.一种纳米氧化铜催化剂的制备方法，其特征是采用如下步骤：

1）将可溶性铜盐和可溶性铝盐按照铜：铝=2：1~4：1的摩尔比配置成总浓度为2~4 mol/L的溶液；

2）向该溶液中滴加50%~70% 的NaOH 溶液调节pH值至8~10，滴加时在300~400 rpm下快速搅拌60～120分钟，滴加完成后在60~70℃条件下老化24~48 h，老化完成后固液分离，将固体用去离子水清洗2~3遍，在70~90℃下烘干，得到铜铝水滑石；

3）将丙烯酸和水按体积比为1：1~1：2混合，按每克铜铝水滑石对应3~5mmol丙烯酸的量，将铜铝水滑石加入到该丙烯酸溶液中，在60~70℃恒温搅拌5~6 h，老化12~24 h，再加入过硫酸铵引发丙烯酸聚合，每克水滑石对应的过硫酸铵的量为5~15 mmol，加热到60~90℃，反应8~10 h，用去离子水洗2~3遍，70~90℃烘干，研磨，过20~40目筛得到粉末；

4）将得到的粉末放入真空管式炉中，在真空条件下加热到600~700℃，真空煅烧2~4 h，冷却至室温；

5）将煅烧后的粉末加入到浓度为20%~40%的氢氧化钠溶液中即可，每克粉末对应5~10毫升氢氧化钠溶液。