一种纳米Cu2O@多孔碳复合光催化材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种纳米Cu2O@多孔碳复合光催化材料及其制备方法。该复合光催化材料是以海藻酸钠(SA)为骨架，以Cu

A nano Cu2O@ porous carbon composite photocatalytic material and its preparation method

The invention relates to a nano Cu2O@ porous carbon composite photocatalytic material and a preparation method. The composite photocatalyst is based on sodium alginate (SA) as the skeleton, and Cu

【技术实现步骤摘要】
一种纳米Cu2O@多孔碳复合光催化材料及其制备方法
本专利技术涉及一种纳米Cu2O@多孔碳复合光催化材料及其制备方法，属于化学及环境

技术介绍
海藻酸钠是从褐藻类海带或马尾藻中提取的聚阴离子型多糖(海藻酸)的钠盐，盛产于各大海洋沿岸；是一种天然线型高分子，含有大量-OH、-COO-等基团。二价金属离子可以使海藻酸钠交联成凝胶，凝胶化和交联主要通过Na+与二价金属离子交换而得。二价金属离子在羧基部位进行离子取代，另一侧链海藻酸也可以与二价金属离子相连，从而交联形成具有三维网状结构的水凝胶。水凝胶的形成保证了金属离子的均匀分散，其三维凝胶网络在沉淀过程中能够有效控制晶体形貌和大小，是制备纳米金属及金属氧化物的理想模板。此外，海藻酸钠水凝胶自身经高温煅烧后形成的立体网状结构的碳骨架，能够表现出对污染物良好的吸附性能和光催化过程中的电子传导性能。纳米氧化亚铜是一种新型的p型半导体材料，具有独特的光、磁学特性，在诸多领域有着广泛的应用，Cu2O的传统制备方法包括液相合成法、水热合成法、溶剂热法、溶胶-凝胶法，传统的制备方法制备过程复杂，Cu2O的分散性差，多采用分散剂(如PVP)对纳米金属颗粒进行分散，同时需要添加还原剂(如水合肼、葡萄糖)控制纳米Cu2O的形成，制备过程中使用了过量化学助剂，通常这些助剂毒性大，对环境存在巨大的安全隐患。经检索，以海藻酸钠为模板，一步合成制备纳米金属氧化物@多孔碳材复合光催化材料并用于可见光催化降解污染物，未见任何研究报道。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种纳米Cu2O@多孔碳复合光催化材料及其制备方法。专利技术概述：本专利技术的复合光催化材料是以海藻酸钠(SA)为骨架，以Cu2+为交联剂，形成Cu2+@SA水凝胶，通过沉淀过程在水凝胶内部形成相应的氢氧化物，经过高温煅烧制备出纳米Cu2O@多孔碳复合光催化材料。本专利技术的制备方法通过模板法利用凝胶网络对纳米Cu2O颗粒进行分散，在N2创造的无氧环境完成纳米Cu2O的合成，Cu2O均匀分散在多孔碳材料的孔隙内，可以用作可见光催化降解染料废水，多孔碳材料对染料分子展现出良好的吸附性能。该复合材料兼具吸附作用和催化作用，对染料废水具有良好的去除效果，实现了天然资源的循环利用。专利技术详述：本专利技术是通过如下技术方案实现的：一种纳米Cu2O@多孔碳复合光催化材料，所述复合光催化材料的形状为纳米多孔结构，包括多孔碳材料和Cu2O，Cu2O均匀分散在多孔碳材料的孔隙内，Cu2O与多孔碳材料的质量比为3:2-2:1。根据本专利技术优选的，一种纳米Cu2O@多孔碳复合光催化材料的制备方法，包括步骤：海藻酸钠凝胶液的制备步骤；Cu2+交联海藻酸钠凝胶液步骤；沉淀交联后的海藻酸钠凝胶步骤；煅烧制备纳米Cu2O@多孔碳复合光催化材料步骤。根据本专利技术优选的，所述的海藻酸钠凝胶液的制备步骤是：将海藻酸钠粉末与去离子水混合，加热搅拌至海藻酸钠溶解，得到半透明凝胶液。根据本专利技术优选的，海藻酸钠粉末与去离子水混合后海藻酸钠的质量分数为3wt％-10wt％，加热温度为85-95℃，搅拌时间为4-6h。根据本专利技术优选的，所述的Cu2+交联海藻酸钠凝胶液步骤是：向Cu2+溶液中滴入海藻酸钠凝胶液，静置交联，得到交联后的海藻酸钠凝胶球。根据本专利技术优选的，所述的Cu2+溶液的浓度为0.05-0.25mol/L，静置交联时间为24-48h。根据本专利技术优选的，所述的Cu2+溶液为CuCl2溶液、CuSO4溶液或Cu(NO3)2溶液中的一种。根据本专利技术优选的，海藻酸钠凝胶液与Cu2+溶液的体积比为1:4-1:2。根据本专利技术优选的，所述的沉淀交联后的海藻酸钠凝胶步骤是：将交联后的海藻酸钠凝胶球洗涤，然后浸泡于沉淀剂溶液中，机械搅拌后静置沉淀，取沉淀物冷冻干燥。根据本专利技术优选的，洗涤程度为：滤液无残留Cu2+。静置沉淀时间为1-2h。根据本专利技术优选的，所述的沉淀剂溶液为NH3·H2O或NaOH溶液，NH3·H2O质量浓度为30％，NaOH溶液的浓度为0.1-1.5mol/L。根据本专利技术优选的，所述的煅烧制备纳米Cu2O@多孔碳复合光催化材料步骤是：冷冻干燥的凝胶球置于管式炉中，在氮气保护下，加热煅烧后，研磨成粉末，得到纳米Cu2O@多孔碳复合光催化材料。根据本专利技术优选的，加热过程升温速率为5-10℃/min，煅烧温度为500-1100℃，煅烧时间为30-90min，氮气流量为300-500sccm，研磨成粉末粒径为90-110目。一种纳米Cu2O@多孔碳复合光催化材料的应用，用于污染物的催化降解，将复合光催化材料加入污染物溶液中，在室温条件下，对其进行可见光催化降解。进一步优选的，复合光催化材料与污染物溶液的质量体积比为：3-5mg：30-50mL。进一步优选的，污染物溶液中污染物浓度为20-40mg/L，污染物为甲基红染料，催化降解时间为2-4h。本专利技术的有益效果为：1、本专利技术所使用原料海藻酸钠为环境友好型材料，无毒无害，原料易得，价格低廉，符合“使用可再生原料”“资源化”“减量化”原则。2、本专利技术通过模板法，利用凝胶网络对纳米Cu2O颗粒进行分散，在N2创造的无氧环境中在海藻酸钠凝胶球交联位点生成纳米Cu2O颗粒，同时生成多孔碳材料，Cu2O均匀分散在多孔碳材料的孔隙内，避免了传统制备方法中分散剂的使用，符合“安全的溶剂和助剂”的原则。3、本专利技术制备的纳米Cu2O@多孔碳复合光催化材料可用于染料废水的催化降解，易于回收，产品环境友好，催化效率高。附图说明图1本专利技术实施例9所制备得纳米Cu2O@多孔碳复合光催化材料的扫描电镜图图2本专利技术实施例9所制备得纳米Cu2O@多孔碳复合光催化材料的透射电镜图。图3本专利技术实施例9所制备得纳米Cu2O@多孔碳复合光催化材料的能量色散谱图。图4本专利技术实施例1、14、15所制备得纳米Cu2O@多孔碳复合光催化材料的XRD谱图。图5本专利技术实施例1、6、7、8、9、10所制备得纳米Cu2O@多孔碳复合光催化材料的热重曲线分析图。图6本专利技术实施例9所制备得纳米Cu2O@多孔碳复合光催化材料的紫外-可见漫反射光谱图。图7本专利技术实施例1、3、4、5所制备得纳米Cu2O@多孔碳复合光催化材料对甲基红染料去除效果的对比图。图8本专利技术实施例1、3、4、5所制备得纳米Cu2O@多孔碳复合光催化材料对甲基红染料催化降解速率的对比图。图9本专利技术实施例1、6、7、8、9、10所制备得纳米Cu2O@多孔碳复合光催化材料对甲基红染料去除效果的对比图。图10本专利技术实施例1、6、7、8、9、10所制备得纳米Cu2O@多孔碳复合光催化材料对甲基红染料催化降解速率的对比图。图11本专利技术实施例1、11、12、13所制备得纳米Cu2O@多孔碳复合光催化材料对甲基红染料去除效果的对比图。图12本专利技术实施例1、11、12、13所制备得纳米Cu2O@多孔碳复合光催化材料对甲基红染料催化降解速率的对比图。具体实施方式下面通过具体实施例并结合附图对本专利技术做进一步说明，实施例中使用的原料均为常规市购产品。实施例1、一种纳米Cu2O@多孔碳复合光催化材料的制备方法，包括步骤如下：(1)取3g海藻酸钠粉末与60mL去离子水混合放入圆底烧瓶中，置于油浴锅中90℃加热条件下搅拌溶解，直至半透本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米Cu2O@多孔碳复合光催化材料，所述复合光催化材料的形状为纳米多孔结构，包括多孔碳材料和Cu2O，Cu2O均匀分散在多孔碳材料的孔隙内，Cu2O与多孔碳材料的质量比为3:2‑2:1。

【技术特征摘要】
1.一种纳米Cu2O@多孔碳复合光催化材料，所述复合光催化材料的形状为纳米多孔结构，包括多孔碳材料和Cu2O，Cu2O均匀分散在多孔碳材料的孔隙内，Cu2O与多孔碳材料的质量比为3:2-2:1。2.一种纳米Cu2O@多孔碳复合光催化材料的制备方法，包括步骤：海藻酸钠凝胶液的制备步骤；Cu2+交联海藻酸钠凝胶液步骤；沉淀交联后的海藻酸钠凝胶步骤；煅烧制备纳米Cu2O@多孔碳复合光催化材料步骤。3.根据权利要求2所述的纳米Cu2O@多孔碳复合光催化材料的制备方法，其特征在于，所述的海藻酸钠凝胶液的制备步骤是：将海藻酸钠粉末与去离子水混合，加热搅拌至海藻酸钠溶解，得到半透明凝胶液，海藻酸钠粉末与去离子水混合后海藻酸钠的质量分数为3wt％-10wt％，加热温度为85-95℃，搅拌时间为4-6h。4.根据权利要求2所述的纳米Cu2O@多孔碳复合光催化材料的制备方法，其特征在于，所述的Cu2+交联海藻酸钠凝胶液步骤是：向Cu2+溶液中滴入海藻酸钠凝胶液，静置交联，得到交联后的海藻酸钠凝胶球。5.根据权利要求4所述的纳米Cu2O@多孔碳复合光催化材料的制备方法，其特征在于，所述的Cu2+溶液的浓度为0.05-0.25mol/L，静置交联时间为24-48h，所述的Cu2+溶液为CuCl2溶液、CuSO4溶液或Cu(NO3)2溶液中的一种；海藻酸钠凝胶液与Cu2+溶液的体积比为1:4-1:2。6.根据权利要求2所述的纳米Cu2O@...

【专利技术属性】
技术研发人员：李倩，苏瑞典，李楠，岳钦艳，高宝玉，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37