CN112742388B - 一种有机污染物还原催化剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种有机污染物还原催化剂的制备方法,用一锅法制备氧化亚铜/铜复合催化剂,取硫酸铜或氯化铜或醋酸铜中铜源的一种,用去离子水在圆底烧瓶中搅拌至完全溶解;加入的苯甲醇,室温下搅拌;水浴锅中进行反应;同时,滴加一定量的氢氧化钠,搅拌均匀,加入一定量的葡萄糖,反应30分钟后,逐渐冷却至室温;再离心洗涤3‑5次去除杂质,最后在干燥温度为55‑65℃下干燥4小时,即可得到氧化亚铜/铜复合催化剂。通过本发明方法制备氧化亚铜/铜复合催化剂,简单,廉价,高效,在废水处理中能实现工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于环境水污染治理材料的制备工艺和方法的设计技术领域,具体公开一种Cu2O/Cu有机污染物还原催化剂的制备方法。
背景技术
染料和酚类化合物具有高毒性,致癌性和致畸性,因此被认为是水污染的罪魁祸首之一。染料的去除方法主要有光催化,金属催化和微生物催化等。对硝基苯酚由于其高毒性,潜在的致癌性和高毒性而成为酚类化合物的典型代表。但是对氨基苯酚是重要的化学和药物中间体,主要用于合成扑热息痛,解热镇痛药,染料,饲料,橡胶添加剂,石油添加剂和照相显影剂。因此,对硝基苯酚加氢还原为对氨基苯酚是一种高效,环保和绿色的方法(Fu,Y;Xu,P;Huang,D;Zeng,G;Lai,C;Qin,L;Li,B;He,J;Yi,H;Cheng,M;Zhang,C,Aunanoparticles decorated on activated coke via a facile preparation forefficient catalytic reduction of nitrophenols and azo dyes.Applied SurfaceScience 2019,473,578-588)。催化加氢还原因其操作简单,反应迅速,无需特殊反应装置而广泛应用于对硝基苯酚和偶氮类染料的降解。相较于Au,Pt,Ag等贵金属,Cu及其氧化物因其价格低廉,储备丰富,高效,对环境无二次污染等优点广泛应用于有机污染物的催化加氢。在催化加氢还原对硝基苯酚和偶氮类染料方面,Cu2O比Cu有更好的催化活性,而Cu则比Cu2O有更好的导电性,因此,经常把二者结合用于有机污染物的降解。但是目前制备Cu2O/Cu存在以下问题和缺点:操作步骤繁琐,使用盐酸羟胺、硼氢化钠等强还原剂(Sasmal,A.K.;Dutta,S;Pal,T.,A ternary Cu2O-Cu-CuO nanocomposite:a catalyst with intriguingactivity.Dalton Transactions 2016,45(7),3139-50),会对环境造成二次污染。
为了解决上述问题,本发明设计一种新的合成Cu2O/Cu氧化亚铜/铜复合催化剂的技术路线,该方法制备的Cu2O/Cu氧化亚铜/铜复合催化剂具有较好的催化活性剂和稳定性,而且环境非常友好;并且这种制备方法简单,适用于规模化生产。
本发明的技术方案如下:一种有机污染物还原催化剂的制备方法,该制备方法如下,用一锅法制备氧化亚铜/铜复合催化剂,首先取硫酸铜或氯化铜或醋酸铜中铜源的一种,用70-110ml的去离子水在圆底烧瓶中搅拌至完全溶解;加入0-10mL的苯甲醇,室温下搅拌10-20分钟;然后在水浴锅中进行反应,反应温度为50-90℃;同时,连续滴加一定量的氢氧化钠,氢氧化钠和铜源的质量比为0.25∶1-1∶1,搅拌均匀,加入一定量的葡萄糖,葡萄糖和铜源的质量比为5∶1-1∶1,反应30分钟后,逐渐冷却至室温;再离心洗涤3-5次去除杂质,最后在干燥温度为55-65℃下干燥4小时,即可得到氧化亚铜/铜复合催化剂。
优选方案之一,所述铜源,优选为醋酸铜。
优选方案之一,所述反应温度,优选为70℃。
优选方案之一,所述氢氧化钠和铜源的质量比,优选为1∶1。
优选方案之一,所述葡萄糖和铜源的质量比,优选为2.5∶1。
优选方案之一,所述苯甲醇,优选为0.5mL。
优选方案之一,所述干燥温度,优选为60℃。
一种有机污染物还原催化剂的制备方法,取1.2g醋酸铜于圆底烧瓶中加入90mL去离子水中,搅拌至完全溶解,加入0.5mL苯甲醇,室温下搅拌15分钟;然后将圆底烧瓶至于70℃水浴锅中,滴加30mL氢氧化钠,搅拌3分钟,加入3g葡萄糖,反应30分钟;冷却到室温,通过离心洗涤3-5次去除杂质,干燥温度60℃干燥4小时,得到氧化亚铜/铜复合催化剂。
一种有机污染物还原催化剂的制备方法,取1.2g醋酸铜于圆底烧瓶中加入90mL去离子水中,搅拌至完全溶解,加入4mL苯甲醇,室温下搅拌15分钟;然后将圆底烧瓶至于70℃水浴锅中,滴加30mL氢氧化钠,搅拌3分钟,加入3g葡萄糖,反应30分钟;冷却到室温,通过离心洗涤3-5次去除杂质,干燥温度60℃干燥4小时,得氧化亚铜/铜复合催化剂。
本发明与现有技术相对比具有突出的优势是:(1)仅采用四种原料即可制备Cu2O/Cu氧化亚铜/铜复合催化剂,采用比较绿色,安全廉价还原剂葡萄糖和苯甲醇,来源广泛,廉价,操作简单,适用于大规模生产;(2)铜因具有良好的导电性,起到传输电子的作用,显著提高了氧化亚铜/铜复合催化剂的催化活性;(3)氧化亚铜/铜复合催化剂能快速降解对硝基苯酚苯(60秒)和偶氮类染料(100秒),且在复合污染物水体系也只需要10分钟就能降解完全;(4)本发明制备氧化亚铜/铜复合催化剂的创新点还在于,改变了目前现有技术中氧化亚铜/铜复合催化剂都需要加入较强的还原剂,例如盐酸羟胺、硼氢化钠等强还原剂,这些还原剂毒性较大,会造成二次环境污染的情况,而本发明制备方法只需要加少量苯甲醇就可以实现氧化亚铜/铜复合催化剂的制备,在治污效果明显的前提下,同时实现了环境友好;(5)通过本发明方法制备Cu2O/Cu氧化亚铜/铜复合催化剂,简单,廉价,高效,在废水处理中能实现工业化生产。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本发明的实施例一起用于解释本发明,并不构成对本发明的限制。
附图1为纯Cu2O的SEM图,图1证明合成的纯Cu2O为表面光滑的立方体结构,大小为500nm左右;附图2为Cu2OCu的HRTEM图,通图2说明Cu2O光滑的表面被还原生成Cu单质;附图3为Cu2O/Cu的循环图,表明通过对4-NP,MO,CR的循环性能测试证明Cu2O/Cu有良好的稳定性;附图4为Cu2O/Cu的电化学阻抗图,表明通过EIS测试说明铜的生成有利于提高催化剂的导电性;附图5Cu2O/Cu的XRD图,表明通过XRD证明生成了Cu2O/Cu复合物。
具体实施方式
实施例1:立方Cu2O的制备
取1.2g醋酸铜于(250mL圆底烧瓶)90mL去离子水中,搅拌至完全溶解,搅拌15分钟(室温进行);然后将烧瓶至于70℃水浴锅中,滴加30mL氢氧化钠(1.2g),搅拌3分钟,加入3g葡萄糖,反应30分钟。冷却到室温以后通过离心洗涤去除杂质,至于60℃干燥4小时,得到立方体结构的纯Cu2O,大小在500nm左右,如附图1所示。
实施例2:Cu2O/Cu氧化亚铜/铜复合催化剂的制备
取1.2g醋酸铜于(250mL圆底烧瓶)90mL去离子水中,搅拌至完全溶解,加入0.5mL苯甲醇,搅拌15分钟(室温进行);然后将烧瓶至于70℃水浴锅中,滴加30mL氢氧化钠(1.2g),搅拌3分钟,加入3g葡萄糖,反应30分钟;冷却到室温以后通过离心洗涤去除杂质,至于60℃干燥4小时,得到Cu2O/Cu催化剂。通过透射图可以看到Cu的存在,如附图2所示。本实施例所制备的催化对对硝基苯酚,甲基橙,刚果红的降解速率分别是0.06123s-1,0.03064s-1和0.03375s-1,而纯Cu2O的降解速率分别是0.04023s-1,0.00891s-1和0.01050s-1,因此Cu2O/Cu对对硝基苯酚,甲基橙和刚果红的催化活性分别是纯Cu2O的1.5倍,3.4倍和3.6倍。本实施例所制备的Cu2O/Cu氧化亚铜/铜复合催化剂在循环5次以后依然保持较高的催化活性,如附图3所示。
实施例3:Cu2O/Cu氧化亚铜/铜复合催化剂的制备
取1.2g醋酸铜于(250mL圆底烧瓶)90mL去离子水中,搅拌至完全溶解,加入4mL苯甲醇,搅拌15分钟(室温进行);然后将烧瓶至于70℃水浴锅中,滴加30mL氢氧化钠(1.2g),搅拌3分钟,加入3g葡萄糖,反应30分钟。冷却到室温以后通过离心洗涤去除杂质,至于60℃干燥4小时,得到Cu2O/Cu催化剂。本实施例制备的Cu2O/Cu催化剂的比Cu2O具有更好的导电性,如附图4所示。通过XRD证明了Cu的存在,成功合成Cu2O/Cu氧化亚铜/铜复合催化剂,如附图5所示。
Claims (2)
1.一种有机污染物还原催化剂的制备方法,其特征在于:该制备方法如下,用一锅法制备氧化亚铜/铜复合催化剂,首先取醋酸铜,用70-110mL 的去离子水在圆底烧瓶中搅拌至完全溶解;加入0.5mL的苯甲醇,室温下搅拌10-20分钟;然后在水浴锅中进行反应,反应温度为70℃ ;同时,连续滴加一定量的氢氧化钠,氢氧化钠和铜源的质量比为1∶1,搅拌均匀,加入一定量的葡萄糖,葡萄糖和铜源的质量比为2.5∶1,反应30分钟后,逐渐冷却至室温;再离心洗涤3-5次去除杂质,最后在干燥温度为60℃ 下干燥4小时,即可得到氧化亚铜/铜复合催化剂。
2.一种有机污染物还原催化剂的制备方法,其特征在于:取1.2g醋酸铜于圆底烧瓶中加入90mL去离子水中,搅拌至完全溶解,加入0.5mL苯甲醇,室温下搅拌15分钟;然后将圆底烧瓶至于70℃ 水浴锅中,滴加30mL氢氧化钠,搅拌3分钟,加入3g葡萄糖,反应30分钟;冷却到室温,通过离心洗涤3-5次去除杂质,干燥温度60℃ 干燥4小时,得到氧化亚铜/铜复合催化剂。
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