[发明专利]可见光下CuCl纳米晶体光催化降解染料污染物的技术

说明书

本发明公开了一种CuCl纳米晶体光催化降解染料污染物的技术，包括以下步骤：（1）将配体分子和CuSO₄按照比例溶于水中；用碱性溶液调节溶液的pH值为5‑12；（2）加入一定量的盐酸羟胺还原，加热至40‑100℃进行充分反应；（3）冷却至室温，分离得到产物；（4）配制一定比例的CuCl纳米晶体和染料有机污染物的混合溶液；加入一定比例的H₂O₂；可见光照射下反应一定时间。本发明的技术操作简便，条件温和，成本低，所制备的CuCl纳米晶体结晶度高，具有优异的光催化性能，可见光催化下对染料类有机污染物能够深度矿化降解。同时所制备的CuCl纳米晶体具有优异的光催化稳定性，多次循环使用后对染料有机污染物仍具有良好的降解效果。

技术领域

本发明涉及一种可见光下CuCl纳米晶体光催化降解染料污染物的技术，属于无机纳米材料应用技术领域。

背景技术

人类的生产与生活活动，产生了大量的废弃物及污染物，对环境造成严重的污染与破坏，导致了与污染相关医学疾病的产生以及异常气候的出现，因此环境的污染与破坏成为目前全球范围所面临的严重问题。光催化技术，因其以来源丰富、清洁、安全的太阳光为光源，在催化剂的辅助下能够将污染物深度矿化降解为无污染的二氧化碳和水分子等，因而广泛吸引了大量研究人员开发基于太阳光的光催化材料和技术。半导体纳米材料以其独特的物理化学性质吸引了广泛的研究关注。光催化特性是半导体材料具有的独特性能之一。在光的照射下，半导体价带中电子跃迁至导带，从而在价带中产生空穴，导带中产生电子。光生空穴具有很强的氧化性，而光生电子具有很强的还原性。光生空穴也可以与表面吸附的H₂O、O₂分子反应生成具有强氧化能力的羟基自由基和超氧离子自由基，这些活性物种可以将有机污染物直接氧化成CO₂和H₂O等无机小分子。利用光催化技术净化水是当今社会特别关注的高新环境技术。经过科研人员近40年的努力研究，半导体多相光催化技术己有很多成功的应用实例，大量的实验证明，半导体光催化技术不仅可以清除水环境中的有机污染物如：脂肪酸、卤代物、有色染料、表面活性剂、药物、杀虫剂、腐殖酸等，而且可将水中沉积的Pt⁴⁺、Au³⁺、Rh³⁺、Cr⁴⁺等重金属，及亚硝酸盐、氰化物等转化为无毒形式，甚至还可以用于除菌等。

目前，用于光催化技术的半导体纳米材料多为为金属氧化物和硫化物等半导体化合物，如TiO₂、WO₃、ZnO、SnO₂、Fe₂O₃和CdS等。在这些半导体光催化剂中，TiO₂的实用价值最大，这主要因其具有高的光催化活性、无毒无害、化学性质稳定、抗光腐蚀、耐酸耐碱、廉价易得等优点。由于TiO₂的禁带宽度大(E_g=3.2 eV)，只有波长小于387 nm 的紫外光才能激发TiO₂使其发挥光催化作用，而太阳光中的紫外光辐射到地球表面时还不足太阳光总能量的4%，可见光则占40%以上。因此，要充分利用太阳光就必须开发具有可见光响应活性的光催化半导体。

氯化亚铜（CuCl）是一种重要的催化剂，被广泛应用于自由基反应中，而且被普遍用于催化三乙基硅烷和烷基氯硅烷的直接合成。CuCl作为一种半导体材料，目前已有的文献中鲜有将其用于光催化降解有机污染物的研究报道。

中国专利CN1435381A公开了一种以CuCl薄膜为催化剂，在常温常压下利用空气进行氧化反应，使得可溶性的有机污染物变成不溶物而析出，并继续加入聚合硫酸铁沉降，达到去除有机污染物的技术。该技术中催化剂存在形式是负载在铜网上的CuCl薄膜，与有机污染物分子的接触面积和接触时间都非常有限，因此造成该技术对有机污染物COD的去除率为60-75%。另一方面，该专利技术中有机污染物从水中析出或者絮凝沉降，仍然面临有机污染物淤泥的复杂后处理以及可能出现的二次污染问题。最后，该专利技术中催化剂的稳定性并不理想，还需要再生才能继续使用。