【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水处理功能材料合成，尤其涉及一种催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
1、随着工业化和城市化的快速发展，污水排放和水资源污染问题日益严重。这导致了对高效且环保的水处理技术的迫切需求。光催化水处理技术作为一种新型的污水处理技术，因其节能、环保、可持续等优点而受到广泛关注。
2、在光催化领域，cuo因其独特的电子结构和相对低廉的成本而备受关注。众多研究者在纳米结构设计、符合材料开发、表面修饰与掺杂、可见光响应等方面开展研究工作。成功开发了cuo纳米线、纳米片、纳米颗粒和多孔结构等。对于cuo载体材料的选择，目前应用较多的有碳基材料、金属有机框架(mofs)、介孔材料、天然材料、陶瓷材料等。尽管如此，cuo作为光催化材料仍然存在一些问题，一方面其催化性能有待提高，催化稳定性有待加强，另一方面对于催化剂材料的分离回收也需要匹配合适的载体。影响光催化材料性能的因素很多，除了材料自身的晶体结构、能带结构等属性外，材料的形貌和尺寸对其光催化性能影响很大。花状、片状、团簇状的纳米结构可以提供更大的比表面积，另外合适的载体结构也可增加催化剂的比表面积，提升催化性能。因此，本专利技术旨在开发催化性能优异的氧化铜催化剂。
技术实现思路
1、本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种催化剂及其制备方法和应用。该催化剂具有中空结构，属于轻质催化材料，可适用范围广，且催化剂外层的催化活性物质比表面大，催化性能优异。
3、二氧化硅颗粒，所述二氧化硅颗粒内部中空；
4、氧化铜层，所述氧化铜层包覆所述二氧化硅颗粒的表面。
5、根据本专利技术上述实施例的催化剂，包括二氧化硅颗粒和氧化铜层，如图1所示，二氧化硅颗粒内部中空，催化活性物质氧化铜层包覆二氧化硅颗粒的表面。一方面，二氧化硅稳定性好，成本低，无毒无害，而且可以很好的附着氧化铜，从而形成稳定的复合体催化剂，同时，采用相同质量的活性物质氧化铜相比于现有技术，本申请因为氧化铜结晶在二氧化硅的表面，因此具有更大的比表面，从而具有更优异的催化活性。另一方面，二氧化硅颗粒内部中空，从而催化剂具有更低的体积密度，便于催化剂的分散、分离和回收，特别适用于污水处理、清洁涂层、移动式或便携催化系统等，应用范围广。
6、另外，根据本专利技术上述实施例的催化剂还可以具有如下附加技术特征：
7、在本专利技术的一些实施例中，所述催化剂的直径为700nm～850nm。
8、在本专利技术的一些实施例中，所述二氧化硅颗粒的直径为630nm～770nm。
9、本专利技术的另一个方面，本专利技术提出了一种制备上述催化剂的方法，该方法包括：
10、(1)将二氧化硅前驱体、改性剂、芯材和第一表面活性剂在第一溶剂中混合分散得到乳液，向所述乳液中加入引发剂进行聚合反应，以便得到二氧化硅纳米胶囊；
11、(2)将所述二氧化硅纳米胶囊、铜离子物质和结晶助剂在第二溶剂中混合进行水热反应，以便得到催化剂。
12、根据本专利技术上述实施例的催化剂的制备方法，将二氧化硅前驱体、改性剂、芯材和第一表面活性剂在第一溶剂中混合分散得到乳液，向乳液中加入引发剂进而发生聚合反应，从而在芯材的表面聚合形成二氧化硅层，得到二氧化硅纳米胶囊。因为改性剂的存在，二氧化硅层表面的电荷发生改变，因而再将二氧化硅纳米胶囊、铜离子物质和结晶助剂在第二溶剂中混合进行水热反应，二氧化硅很容易吸附铜离子，且在结晶助剂的作用下，铜离子不断地在二氧化硅的表面结晶形成氧化铜，进而形成氧化铜层。同时，水热反应中，芯材熔融、挥发从包覆的二氧化硅壳层以及形成的氧化铜层冲出，形成中空结构的二氧化硅壳层，最终得到cuo/sio2中空核壳结构的催化剂。由此，本申请利用溶胶凝胶与水热法合成中空sio2载体球，负载cuo催化剂，一方面增大了催化剂的比表面积，减少了金属用量，另一方面空心sio2球使复合材料拥有更低的密度，便于催化剂分离回收。
13、另外，根据本专利技术上述实施例制备催化剂的方法还可以具有如下附加技术特征：
14、在本专利技术的一些实施例中，步骤(1)中，所述二氧化硅前驱体、所述改性剂、所述芯材和所述第一表面活性剂的质量比为(40～60)：(5～8)：(30～50)：(1～2)。
15、在本专利技术的一些实施例中，所述聚合反应的温度为40℃～60℃，所述聚合反应的时间不小于2h。
16、在本专利技术的一些实施例中，所述芯材的熔点不高于30℃。
17、在本专利技术的一些实施例中，所述芯材包括十二烷、十四烷、十六烷、十八烷和脂肪酸中的至少一种。
18、在本专利技术的一些实施例中，所述二氧化硅前驱体包括正硅酸乙酯和硅酸钠中的至少一种。
19、在本专利技术的一些实施例中，所述改性剂包括硅烷偶联剂。
20、在本专利技术的一些实施例中，所述引发剂包括盐酸和氨水中的至少一种。
21、在本专利技术的一些实施例中，步骤(2)中，所述水热反应的温度为180℃～230℃，所述水热反应的时间为6h～10h。
22、在本专利技术的一些实施例中，所述铜离子物质包括可溶性铜离子盐和金属铜有机化合物中的至少一种。
23、在本专利技术的一些实施例中，所述结晶助剂包括六亚甲基四胺和硫代乙酰胺中的至少一种。
24、在本专利技术的一些实施例中，步骤(2)中，向所述水中加入第二表面活性剂。
25、在本专利技术的一些实施例中，该方法还包括：将步骤(2)得到的催化剂进行洗涤。
26、本专利技术第三个方面，本专利技术提出了上述催化剂或上述方法制备的催化剂在水处理领域中的应用。
27、本专利技术具有如下技术效果：
28、(1)在相同质量催化活性物质下本专利技术制备的催化剂相比于现有的催化剂，具有更大的比表面，因此具有更优异的催化活性。
29、(2)本申请的催化剂采用二氧化硅作为载体，二氧化硅和氧化铜结合效果好，制备的催化剂性能稳定，且二氧化硅颗粒具有中空结构，该催化剂具有更低的体积密度，易于分散、分离与回收，特别适用于污水处理、清洁涂层、移动式或便携催化系统等，从而具有更广的应用前景。
30、(3)本专利技术制备催化剂的方法简单方便、原料易得，成本低。
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1.一种催化剂，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述催化剂的直径为700nm～850nm。
3.根据权利要求1或2所述的催化剂，其特征在于，所述二氧化硅颗粒的直径为630nm～770nm。
4.一种制备权利要求1-3中任一项所述催化剂的方法，其特征在于，包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述二氧化硅前驱体、所述改性剂、所述芯材和所述第一表面活性剂的质量比为(40～60)：(5～8)：(30～50)：(1～2)；
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述芯材的熔点不高于30℃；
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述水热反应的温度为180℃～230℃，所述水热反应的时间为6h～10h；
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(2)还包括：向所述水中加入第二表面活性剂。
9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：将步骤(2)得到的催化剂进行洗涤。
10.权利要求1-3中
...【技术特征摘要】
1.一种催化剂，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述催化剂的直径为700nm～850nm。
3.根据权利要求1或2所述的催化剂，其特征在于，所述二氧化硅颗粒的直径为630nm～770nm。
4.一种制备权利要求1-3中任一项所述催化剂的方法，其特征在于，包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述二氧化硅前驱体、所述改性剂、所述芯材和所述第一表面活性剂的质量比为(40～60)：(5～8)：(30～50)：(1～2)；
...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘磊，王林俊，陈永伟，王玲刚，张伟，房桂明，郝洁，郭军委，
申请(专利权)人：北京建筑材料科学研究总院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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