[发明专利]一种制备铜铁矿型结构CuFeO2

说明书

本发明属于生物炭制备技术领域，特别涉及一种制备铜铁矿型结构CuFeO₂/生物炭复合材料的方法，在低温水热条件下进行，其步骤为配置Fe³⁺盐和Cu²⁺盐的混合溶液，将一定含量百分比的生物炭加入混合溶液中，搅拌条件下持续加入强碱溶液，在100～250℃下反应6～48小时后，将水热后的产物经离心、清洗、干燥处理。本发明能制得分散性效果好，比表面积大，具有一定磁性的CuFeO₂/生物炭复合材料，使其在吸附、光电催化和高级氧化等领域中具有很好的应用前景。

技术领域

本发明属于生物炭制备技术领域，具体地说涉及一种制备铜铁矿型结构CuFeO₂/生物炭复合材料的方法。

背景技术

CuFeO₂作为铜铁矿型氧化物中的一种，由地球上储存丰富且无毒的Cu、Fe元素组成，禁带宽度为1.3-2.1eV，常作为光催化剂用于可见光下制氢，还原水中重金属和降解有机染料。此外，CuFeO₂中双金属Fe和Cu之间的氧化还原反应(Fe²⁺/Fe³⁺和Cu⁺/Cu²⁺)对于Fenton反应具有协同作用，Cu⁺的存在既可以在较宽pH值下催化H₂O₂产生·OH，又可以促进Fe³⁺的还原，加速Fenton反应的进行，也被作为异相Fenton催化剂降解水中有机污染物。因此，关于铜铁矿型结构CuFeO₂材料制备的研究是当前的热点。

目前，制备CuFeO₂材料常见的方法有溶胶-凝胶法、固相烧结法和水热法。其中水热法无需烧结，这可避免在烧结过程中晶粒长大，杂质容易混入等缺点，同时可大幅降低制备CuFeO₂材料的反应温度。例如，Dai等人以硝酸铁和硝酸铜分别作铁源和铜源，以乙二醇为还原剂，在200℃下反应12小时成功制备出了CuFeO₂(Environ.Sci.Technol.2018,52,6518-6525)，其得到的CuFeO₂比表面积较小(12.76-15.23m²g^-1)、易聚集、吸附性差等缺点，不利于作为催化剂进行催化反应。为提高CuFeO₂的催化活性，赵数煜等采用水热法，在碳纳米管分散液中，以丙醛或联氨作为还原剂，在180℃下反应48小时成功制备出了具有高比表面的CuFeO₂/碳纳米管纳米复合物(专利授权公号:CN107297207B)。Xu等将氧化石墨烯分散在乙醇溶液中，加入硝酸铁和硝酸铜，在180℃下反应12小时，制备出了具有高催化活性的CuFeO₂还原氧化石墨烯复合材料(Appl.Surf.Sci.2016,389,840–848)。然而碳纳米管和石墨烯价格昂贵，不利于工业化应用。此外，在水热合成CuFeO₂过程中，所选用的铜源均为Cu²⁺，需在反应过程中外加还原剂使其转化为Cu⁺，进一步增加了制备成本，不利于大规模工业化生产。因此，如何降低CuFeO₂催化剂制备成本和提高其催化活性已成为亟待解决关键性问题。

发明内容

针对现有技术的种种不足，发明人在长期实践中研究设计出一种制备铜铁矿型结构CuFeO₂/生物炭复合材料的方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：