CN109513440A - 一种花状石墨烯担载的氧化铜复合粉体的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种花状石墨烯担载的氧化铜复合粉体的制备方法。本发明是采用NaOH和EtOH反应生成少量的EtONa和H2O，其中一部分Ac被EtO‑亲核攻击，水解产生中间体CuAcOH，再通过脱水‑凝结产生Cu‑O‑Cu键，之后在微波辐射下，形成纳米氧化铜颗粒。同时采用微波膨化的方法来形成石墨烯的前驱体。再通过协同超声设备将微波辐射作用下生成的石墨烯原料与纳米氧化铜复合前驱体颗粒进行混合，在纳米材料及有机插层剂的联合作用下，制备出了片层均匀的石墨烯/纳米氧化铜复合浆料，然后利用喷雾干燥方式进行干燥，显著改善了纳米粉体的团聚现象。

Description

一种花状石墨烯担载的氧化铜复合粉体的制备方法
技术领域
本发明涉及一种花状石墨烯担载的氧化铜复合粉体的制备方法，特别是一种用微波法和协调超声法来制备花状石墨烯担载的纳米级氧化铜复合粉体的制备方法。
背景技术
氧化铜(CuO)由于其在气体传感器、催化剂和超导体等方面有潜在应用而引起了广大学者的重视，而纳米级氧化铜由于具有表面效应、量子尺寸效应、体积效应以及宏观量子隧道效应等，使其具有比表面积大、反应活性高和选择性强等特点，从而在许多反应中表现出很好的催化效果。比如对一氧化碳和苯酚等有毒污染物质的氧化具有较高的催化活性。
石墨烯自2004年被曼彻斯特大学的Geim发现后，以其优异的机械性能、热学性能和电学性能，使其在气体传感器、催化剂和药物载体等应用领域得到了广泛而深入的研究。石墨烯作为半导体纳米粒子的支撑材料，能够起到电子传递通道的作用，从而有效地提高半导体材料的电学、光学和光电转换等性能，与半导体材料复合后能够作为电子的良好导体提高光催化量子效率，石墨烯与半导体材料之间存在协同效应，即复合后可以增强其光催化效率和吸附性能。
由于氧化铜晶粒存在许多点阵缺陷，可以形成具有高活性的反应中心。本专利通过协同超声设备将微波辐射作用下生成的氧化铜颗粒及石墨烯前驱体进行混合，在纳米材料及有机插层剂的联合作用下，制备出了片层均匀的石墨烯/纳米氧化铜复合浆料，然后利用喷雾干燥方式进行干燥，可以制备出花状石墨烯担载的氧化铜复合粉体，显著改善了纳米粉体的团聚现象。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术制备石墨烯负载的纳米催化材料产率不高、粒度均一性不好的难点，采用特殊的预处理工艺将纳米氧化铜前驱体和石墨烯原料混合，在协同超声的作用下形成了氧化铜粒子直接吸附在石墨烯的表面，再通过喷雾干燥工艺生成花状石墨烯担载的氧化铜复合粉体。
为达到上述预期目的，本发明采用如下技术方案：
一种花状石墨烯担载的氧化铜复合粉体的制备方法，其特征在于，该方法的具体步骤为：
a将Cu(CH3COO)2与含有氢氧化钠的乙醇溶液混合加入到圆底烧瓶中，接着加入PEG-15000形成混合液；
b再将混合液与石墨原料混合，干燥形成固态混合物，再放入到微波装置中，600-1000℃下反应10min，在此期间微波装置反应6s关闭24s如此循环，整个过程的加热关/开循环20次，生成的大量黑色物质；
c取克黑色物质加入到超声协同反应罐中，并加入大量去离子水，并加入有机插层剂，搅拌均匀后打开超声装1-4h，并继续加入氨水调节pH值至7～9之间，继续搅拌；
d将上述步骤c的混合溶液通过蠕动泵打入到喷雾干燥设备，入口温度控制在80-120℃，雾化器频率控制在200-350HZ，出口温度控制在200-300℃，最终布袋收集，得到花状石墨烯担载的氧化铜复合粉体。
所述的花状石墨烯担载的氧化铜复合粉体的制备方法，其特征在于，所述步骤a的Cu(CH3COO)2∶氢氧化钠∶乙醇∶PEG-15000的质量比为2.27∶1∶(30～100)∶(0.8～1.5)。
所述的花状石墨烯担载的氧化铜复合粉体的制备方法，其特征在于，所述步骤b的混合液与石墨原料的重量比为(0.5～10)∶1。
所述的花状石墨烯担载的氧化铜复合粉体的制备方法，其特征在于，所述步骤c的黑色物质为氧化铜与石墨烯前驱体(石墨原料膨化产物)的混合物，黑色物质与去离子水的重量比为(0.1～2.0)∶100；所述的有机插层剂为聚乙烯吡咯烷酮、尼龙6、聚酰亚胺、己内酰胺、聚环氧乙烷、聚乙烯醇、聚丙二醇、甲基纤维素、聚苯乙烯、氨基二乙酸、三辛胺中的一种或其组合，其中，有机插层剂与黑色物质的重量比为(0.2～2.0)∶1。
所述的花状石墨烯担载的氧化铜复合粉体的制备方法，其特征在于，所述步骤d中蠕动泵的流量为0.1～200L/h。
本发明首先采用NaOH和EtOH反应生成少量的EtONa和H2O，其中一部分Ac被EtO-亲核攻击，水解产生中间体CuAcOH，再通过脱水-凝结产生Cu-O-Cu键，之后在微波辐射下，形成纳米氧化铜颗粒。同样采用微波膨化形成的石墨烯前驱体与纳米氧化铜颗粒在协同超声设备作用下，制备出了片层均匀的石墨烯/纳米氧化铜复合浆料，然后利用喷雾干燥方式进行干燥，显著改善了纳米粉体的团聚现象，能够显著地提高两种物质混合的均匀性，并形成了花状结构，具有很好的催化有机物降解的能力。
附图说明
图1为本发明实施例1产物花状石墨烯担载的氧化铜复合粉体的SEM图
具体实施方式
本发明下面通过具体实例进行详细的描述，但是本发明的保护范围不受限于这些实施例子。
实施例1：将2.27克Cu(CH3COO)2与含有氢氧化钠的乙醇溶液混合加入到圆底烧瓶中，其中氢氧化钠1克，乙醇30克，接着加入0.8克PEG-15000形成混合液；再取混合液0.5克与1克石墨原料混合，干燥形成固态混合物，再放入到微波装置中，600℃下反应10min，在此期间微波装置反应6s关闭24s如此循环，整个过程的加热关/开循环20次，生成的大量黑色物质；取0.1克黑色物质加入到超声协同反应罐中，并加入100克去离子水，并加入0.02克有机插层剂，搅拌均匀后打开超声装1h，并继续加入氨水调节pH值至7，继续搅拌；将上述步骤的混合溶液通过蠕动泵打入到喷雾干燥设备，蠕动泵的流量为0.1L/h，入口温度控制在80℃，雾化器频率控制在200HZ，出口温度控制在200℃，最终布袋收集，得到花状石墨烯担载的氧化铜复合粉体。
实施例2：将2.27克Cu(CH3COO)2与含有氢氧化钠的乙醇溶液混合加入到圆底烧瓶中，其中氢氧化钠1克，乙醇50克，接着加入1.0克PEG-15000形成混合液；再取混合液5克与1克石墨原料混合，干燥形成固态混合物，再放入到微波装置中，800℃下反应10min，在此期间微波装置反应6s关闭24s如此循环，整个过程的加热关/开循环20次，生成的大量黑色物质；取0.5克黑色物质加入到超声协同反应罐中，并加入100克去离子水，并加入0.4克有机插层剂，搅拌均匀后打开超声装2h，并继续加入氨水调节pH值至8，继续搅拌；将上述步骤的混合溶液通过蠕动泵打入到喷雾干燥设备，蠕动泵的流量为0.2L/h，入口温度控制在90℃，雾化器频率控制在250HZ，出口温度控制在240℃，最终布袋收集，得到花状石墨烯担载的氧化铜复合粉体。
实施例3：将2.27克Cu(CH3COO)2与含有氢氧化钠的乙醇溶液混合加入到圆底烧瓶中，其中氢氧化钠1克，乙醇80克，接着加入1.0克PEG-15000形成混合液；再取混合液8克与1克石墨原料混合，干燥形成固态混合物，再放入到微波装置中，900℃下反应10min，在此期间微波装置反应6s关闭24s如此循环，整个过程的加热关/开循环20次，生成的大量黑色物质；取1.0克黑色物质加入到超声协同反应罐中，并加入100克去离子水，并加入1.0克有机插层剂，搅拌均匀后打开超声装3h，并继续加入氨水调节pH值至8，继续搅拌；将上述步骤的混合溶液通过蠕动泵打入到喷雾干燥设备，蠕动泵的流量为0.3L/h，入口温度控制在110℃，雾化器频率控制在300HZ，出口温度控制在250℃，最终布袋收集，得到花状石墨烯担载的氧化铜复合粉体。
实施例4：将2.27千克Cu(CH3COO)2与含有氢氧化钠的乙醇溶液混合加入到圆底烧瓶中，其中氢氧化钠1千克，乙醇100千克，接着加入1.5千克PEG-15000形成混合液；再取混合液10千克与1千克石墨原料混合，干燥形成固态混合物，再放入到微波装置中，1000℃下反应10min，在此期间微波装置反应6s关闭24s如此循环，整个过程的加热关/开循环20次，生成的大量黑色物质；取2.0千克黑色物质加入到超声协同反应罐中，并加入100千克去离子水，并加入4.0千克有机插层剂，搅拌均匀后打开超声装4h，并继续加入氨水调节pH值至9之间，继续搅拌；将上述步骤的混合溶液通过蠕动泵打入到喷雾干燥设备，蠕动泵的流量为200L/h，入口温度控制在120℃，喷雾器频率控制在350HZ，出口温度控制在300℃，最终布袋收集，得到花状石墨烯担载的氧化铜复合粉体。

Claims (5)

1.一种花状石墨烯担载的氧化铜复合粉体的制备方法，其特征在于，该方法的具体步骤为：
a将Cu(CH3COO)2与含有氢氧化钠的乙醇溶液混合加入到圆底烧瓶中，接着加入PEG-15000形成混合液；
b再将混合液与石墨原料混合，干燥形成固态混合物，再放入到微波装置中，600～1000℃下反应10min，在此期间微波装置反应6s关闭24s如此循环，整个过程的加热关/开循环20次，生成大量的黑色物质；
c取黑色物质加入到超声协同反应罐中，并加入大量去离子水，并加入有机插层剂，搅拌均匀后打开超声装1～4h，并继续加入氨水调节pH值至7～9之间，继续搅拌；
d将上述步骤c的混合溶液通过蠕动泵打入到喷雾干燥设备，入口温度控制在80～120℃，雾化器频率控制在200～350HZ，出口温度控制在200～300℃，最终布袋收集，得到花状石墨烯担载的氧化铜复合粉体。
2.根据权利要求1所述的花状石墨烯担载的氧化铜复合粉体的制备方法，其特征在于，所述步骤a的Cu(CH3COO)2∶氢氧化钠∶乙醇∶PEG-15000的质量比为2.27∶1∶(30～100)∶(0.8～1.5)。
3.根据权利要求1所述的花状石墨烯担载的氧化铜复合粉体的制备方法，其特征在于，所述步骤b的混合液与石墨原料的重量比为(0.5～10)∶1。
4.根据权利要求1所述的花状石墨烯担载的氧化铜复合粉体的制备方法，其特征在于，所述步骤c的黑色物质为氧化铜与石墨烯前驱体(石墨原料膨化产物)的混合物，黑色物质与去离子水的重量比为(0.1～2.0)∶100；所述的有机插层剂为聚乙烯吡咯烷酮、尼龙6、聚酰亚胺、己内酰胺、聚环氧乙烷、聚乙烯醇、聚丙二醇、甲基纤维素、聚苯乙烯、氨基二乙酸、三辛胺中的一种或其组合，其中，有机插层剂与黑色物质的重量比为(0.2～2.0)∶1。
5.根据权利要求1所述的花状石墨烯担载的氧化铜复合粉体的制备方法，其特征在于，所述步骤d中蠕动泵的流量为0.1～200L/h。
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