[发明专利]一种绿色合成馒头结构纳米Cu2O的方法及其应用

说明书

本发明公开了一种绿色合成馒头结构纳米Cu₂O的方法，属于纳米材料制备技术及应用领域。该方法以醋酸铜为主要铜源原料，添加适量的还原剂、保护剂，在室温下反应0.5～2min，离心分离并洗涤3～5次，30～60℃真空干燥4h，获得理想的纳米Cu₂O二次层状馒头型结构。本发明均在室温和水溶液体系中进行，方法简单、易于控制，目标产物产率、纯度高，节能环境友好。制备的馒头结构纳米Cu₂O作为工业有机废水净化剂，循环使用性能强(重复使用4次以上，净化率无明显下降，净化率85％以上)，表现出优良的净化(吸附、降解)能力，净化率达90％以上，超过了同等实验条件下的标准活性炭。

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术及应用领域，具体涉及一种绿色合成馒头结构纳米Cu₂O的方法及其在工业废水处理方面的应用。

背景技术

21世纪人类正面临最大问题就是他们生活和耐以生存的环境受到严重挑战，尤其是水污染问题。当前水净化的主要方式为膜分离技术，但缺点是昂贵的设备、处理工艺、大量的能源消耗以及较大的场地需求，故寻找合理的替代方法成为当前研究的热点，如化学方法中光催化方法成为可能，通过将水中的有害物质吸附沉降分离或降解从水中释放出来。

纳米Cu₂O的粒径介于1nm～100nm，由于具有表面效应、量子尺寸效应、体积效应以及宏观量子隧道效应等，与普通Cu₂O相比，在磁性、光吸收、化学活性、催化性能、热阻和熔点等方面表现出奇特的物理和化学性能，已引起人们广泛的关注，并成为用途更广泛的无机材料之一。

目前Cu₂O纳米颗粒的制备方法主要有球磨法、气相沉积法、微乳液法、电解法、射线辐照法、溶胶——凝胶法和液相还原法等。其中液相还原法制备成本低、反应容易控制及产率高等优点而备受青睐。纳米Cu₂O的粒子在形成过程中，易形成二次结构，如球形、立方体、八面体、菱形十二面体。然而，当前液相还原法缺点有：一、有毒副作用的还原剂，如水合肼、硼氢化钠、N，N-二甲基甲酰胺、甲醛和盐酸羟胺等；二、反应体系非水溶液体系，如油酸、油酸胺、NaOH催化剂、氨水催化剂等引入，对Cu₂O本身的催化吸附等性能有一定的副作用；三、大多反应体系反应条件苛刻，如反应体系一般要求在较高温度或/和还原气氛下进行等，使反应不易控制。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种绿色合成馒头结构纳米Cu₂O的方法，以期在室温下简易绿色合成，同时该纳米Cu₂O可用于工业有机废水吸附剂，从而为纳米Cu₂O材料化应用提供技术支持。

本发明是通过以下技术方案予以实现的。

本发明以醋酸铜为主要铜源原料，添加适量的还原剂、保护剂，在室温下反应0.5～2min，离心分离并洗涤3～5次，30～60℃真空干燥4h，获得理想的纳米Cu₂O二次层状馒头型结构。

制备过程中使用环保型保护剂PVP(分子量为5000，10000，15000，30000)中的一种或几种，用量为1～8g/1g醋酸铜。适量的保护剂能够有效地防止纳米铜颗粒的团聚，增加颗粒的稳定性，得到粒径分布范围窄、分散性好、晶型较好的纳米铜粉。

还原剂为维生素C，将原料中的二价铜还原成产物纳米Cu₂O二次层状馒头型结构一价铜，用量2～5g/1g醋酸铜。

反应结束后，产物通过离心分离，离心转速宜为1500～3000rpm。

洗涤剂选用去离子水和无水乙醇中的一种或几种，对固体产物洗涤3～5次，去除产物中没有反应的残余物等，分散溶液中或烘干备用。