CN112642432A - 一种高效光催化性能的铜锌多氧化物纳米复合材料 - Google Patents
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Abstract
一种高效光催化性能的铜锌多氧化物纳米复合材料，属于发光材料制备应用技术领域。本发明提供了一种纳米复合材料，其组分为(CuO‑Cu2O)Cu/ZnO，采用低温燃烧法制备。本发明制备的纳米复合材料具有良好的光催化性能，对MB染料的光催化降解能力为84~98%/h。本发明提供的制备方法工艺简单，产品性能稳定，适合工业化生产。
Description
技术领域
本发明提供一种高效光催化性能的铜锌多氧化物纳米复合材料，属发光材料制备应用技术领域。
背景技术
由于越来越多的工业排放污染物，水体质量下降，预计到2025年将有50%以上的国家面临缺水问题。目前面临的主要问题是合成染料、致病菌、重金属离子、农药、医药废弃物等污染物对水的污染，其中最常见的有害污染物是合成染料和细菌病原体。在自然条件下，很难降解这些染料，因为它们在自然界中是顽固的，而且这些细菌病原体也会导致一些健康问题。因此，开发合格的水净化技术是非常必要的。光催化技术是一种很有前途的绿色技术，它可以将工业有机化学物转化为无机物而不产生任何污染。光触媒产生的电子-空穴对在光的照射下，在电荷载体的帮助下发生氧化还原反应，产生活性自由基，从而作为一种有效的氧化剂去除污染物。从20世纪90年代初开始，人们就对光触媒作为一种可能的抗菌剂进行了研究， 由于高热稳定性和光敏性，与其他金属氧化物相比，ZnO和TiO2基材料被认为是流行的光催化剂。但TiO2的主要缺点与它的成本有关，同时由于带隙宽导致空穴-电子对的快速重组，导致它对可见光的吸收不足。因此，在TiO2和ZnO光催化剂的帮助下，水的净化在几年前就受到了很大的阻碍。
发明内容
1.为了解决上述问题，本发明提供了一种高效光催化性能的铜锌多氧化物纳米复合材料。本发明提供了一种纳米复合材料，其组分为(CuO-Cu2O)Cu/ZnO，采用低温燃烧法制备。本发明制备的纳米复合材料具有良好的光催化性能，对MB染料的光催化降解能力为84~98%/h。本发明提供的制备方法工艺简单，产品性能稳定，适合工业化生产。
2.本发明的技术方案如下：
首先，步骤一制备CuO纳米材料，将 Cu(NO3)2与PVP按照质量比为0.5~1:1混合。然后将混合物置于400~500℃中加热燃烧2~3h。最终得到(CuO-Cu2O)Cu异质结构的纳米材料。步骤二制备ZnO纳米材料，将Zn(NO3)2与PVP混合按照质量比为0.5~1:1混合。将混合物置于300~400℃中加热燃烧2~3h，得到ZnO纳米材料。步骤三制备(CuO-Cu2O)Cu/ZnO纳米复合材料，将硝酸锌和硝酸铜分别以按照质量比为0.5~2:1配制浓度为0.1~0.5mol/L的无水乙醇溶液，然后将步骤一和步骤二中的CuO纳米材料和ZnO纳米材料加入到溶液中，保证溶液中Cu与Zn的质量比为0.5~2：1。然后将混合溶液置于500~600℃下加热燃烧，最终得到(CuO-Cu2O)Cu/ZnO纳米复合材料。
有益效果
1.本发明提供的制备的纳米复合材料具有良好的光催化性能，对MB染料的光催化降解能力为84~98%/h。
2.本发明提供的方法在制备纳米复合材料的过程中，选用高纯的原料粉体，并严格控制杂质的引入，非常适合用于该纳米复合材料的制备。
3.本发明提供的纳米复合材料的制备方法，产量和产率高，制备过程简单，对制备时间安排要求不苛刻，可有效提高产量和降低生产成本，非常适合工业化生产。
附图说明
图1实施例制备纳米复合材料的XRD图谱；
图2实施例3制备的纳米复合材料的局部衍射图像；
图3实施例制备的纳米复合材料在1h内对MB染料的降解情况。
具体实施方式
下面结合具体实例对本发明做进一步的说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
实施例1：纳米ZnO
将Zn(NO3)2与PVP混合按照质量比为1：1混合，将混合物置于400℃中加热燃烧2h，得到ZnO纳米材料。
实施例2：纳米(CuO-Cu2O)Cu
将 Cu(NO3)2与PVP按照质量比为0.8：1混合。然后将混合物置于500℃中加热燃烧2h,得到 (CuO-Cu2O)Cu异质结构的纳米材料。
实施例3：纳米(CuO-Cu2O)Cu/ZnO(CCCZ11)
首先，制备CuO纳米材料，将 Cu(NO3)2与PVP按照质量比为1：1混合。然后将混合物置于400℃中加热燃烧3h。最终得到(CuO-Cu2O)Cu异质结构的纳米材料。然后，制备ZnO纳米材料，将Zn(NO3)2与PVP混合按照质量比为0.5：1混合。将混合物置于300℃中加热燃烧3h，得到ZnO纳米材料。然后，制备(CuO-Cu2O)Cu/ZnO纳米复合材料，将硝酸锌和硝酸铜分别以按照质量比为0.5:1配制浓度为0.5mol/L的无水乙醇溶液，然后将上述制备的的CuO纳米材料和ZnO纳米材料加入到溶液中，保证溶液中Cu与Zn的质量比为1：1。然后将混合溶液置于500℃下加热燃烧，最终得到(CuO-Cu2O)Cu/ZnO纳米复合材料。
实施例4：纳米(CuO-Cu2O)Cu/2ZnO(CCCZ12)
首先，制备CuO纳米材料，将 Cu(NO3)2与PVP按照质量比为0.5:1混合。然后将混合物置于500℃中加热燃烧2h。最终得到(CuO-Cu2O)Cu异质结构的纳米材料。然后，制备ZnO纳米材料，将Zn(NO3)2与PVP混合按照质量比为1：1混合。将混合物置于400℃中加热燃烧2h，得到ZnO纳米材料。然后，制备(CuO-Cu2O)Cu/ZnO纳米复合材料，将硝酸锌和硝酸铜分别以按照质量比为2:1配制浓度为0.1mol/L的无水乙醇溶液，然后将上述制备的的CuO纳米材料和ZnO纳米材料加入到溶液中，保证溶液中Cu与Zn的质量比为0.5：1。然后将混合溶液置于600℃下加热燃烧，最终得到(CuO-Cu2O)Cu/ZnO纳米复合材料。
实施例5：纳米2(CuO-Cu2O)Cu/ZnO(CCCZ21)
首先，制备CuO纳米材料，将 Cu(NO3)2与PVP按照质量比为0.8:1混合。然后将混合物置于450℃中加热燃烧2.5h。最终得到(CuO-Cu2O)Cu异质结构的纳米材料。然后，制备ZnO纳米材料，将Zn(NO3)2与PVP混合按照质量比为0.8：1混合。将混合物置于350℃中加热燃烧2.5h，得到ZnO纳米材料。然后，制备(CuO-Cu2O)Cu/ZnO纳米复合材料，将硝酸锌和硝酸铜分别以按照质量比为1:1配制浓度为0.3mol/L的无水乙醇溶液，然后将上述制备的的CuO纳米材料和ZnO纳米材料加入到溶液中，保证溶液中Cu与Zn的质量比为2：1。然后将混合溶液置于550℃下加热燃烧，最终得到(CuO-Cu2O)Cu/ZnO纳米复合材料。
由图1中的XRD图谱可以看出，，其中CCC即(CuO-Cu2O)Cu包含了CuO的峰，CCCZ即2(CuO-Cu2O)Cu/ZnO包含了CCC与ZnO的峰，通过本发明提供的方法成功合成了各步骤的高纯纳米材料。以实施例3为例，根据图2所示，实施例3的局部衍射图像可以看出证明了纳米复合材料是由CuO、Cu2O、Cu和ZnO组成的，即出现了它们的结构，多纳米氧化物复合材料显示出多方向的晶格边缘。图3可以看出，纳米复合材料表现出了更好的光催化降解性能，其中Dark和Photolysis分别为黑暗和光照条件下的空白对照组，本发明制备的纳米复合材料的光催化降解能力最低为84%，最高为98%/h。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。
Claims (2)
1.一种高效光催化性能的铜锌多氧化物纳米复合材料，其特征在于，所述氧化物纳米复合材料满足下式所示组分：
(CuO-Cu2O)Cu/ZnO；
采用低温燃烧法制备，具体步骤如下：
步骤一，制备CuO纳米材料：将 Cu(NO3)2与PVP按照质量比为0.5~1:1混合；然后将混合物置于400~500℃中加热燃烧2~3h；最终得到(CuO-Cu2O)Cu异质结构的纳米材料；
步骤二，制备ZnO纳米材料：将Zn(NO3)2与PVP混合按照质量比为0.5~1：1混合；将混合物置于300~400℃中加热燃烧2~3h，得到ZnO纳米材料；
步骤三，制备(CuO-Cu2O)Cu/ZnO纳米复合材料：将硝酸锌和硝酸铜分别以按照质量比为0.5~2:1配制浓度为0.1~0.5mol/L的无水乙醇溶液，然后将步骤一和步骤二中的CuO纳米材料和ZnO纳米材料加入到溶液中，保证溶液中Cu与Zn的质量比为0.5~2：1；然后将混合溶液置于500~600℃下加热燃烧，最终得到(CuO-Cu2O)Cu/ZnO纳米复合材料。
2.一种高效光催化性能的铜锌多氧化物纳米复合材料，其特征在于，所述纳米复合材料对MB染料的光催化降解能力为84~98%/h。
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| PB01 | Publication | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210413 |
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