[发明专利]一种纳米氧化铜的制备方法及其在光催化降解有机物的应用

说明书

本发明涉及一种纳米氧化铜的制备方法及其在光催化降解有机物的应用，制备方法包括如下步骤：搅拌下，将沉淀剂溶液滴加入含铜离子溶液中，滴加完成后再继续搅拌反应，然后转移入微波水热反应釜中进行微波水热反应，反应完成后，分离得到产物，将所述产物洗涤烘干后，研磨，然后在氮气氛围下的管式炉中焙烧，即得纳米氧化铜。在含有甲基橙等有机物的废水，加入本发明方法制备的纳米氧化铜，再加入过氧化氢、调节pH后，采用LED灯进行可见光照射后，本发明方法制得的纳米氧化铜对甲基橙的光催化降解率最高可达99％以上，经过洗涤、烘干后循环使用5次，对甲基橙的光催化降解率仍在90％以上。

技术领域

本发明涉及催化材料的制备技术领域，具体涉及一种纳米氧化铜的制备方法及其在光催化降解有机物的应用。

背景技术

随着工业和科技的迅猛发展，在给我们人类的经济水平和生活水平带来很大提高的同时，也对环境产生巨大的压力。大量的污染物如化学工业和印染行业产生的化学试剂以及有机染料等排放到水环境中，造成了非常严重的水体污染。一些有机污染物如芳烃类、偶氮化合物等的结构较为复杂，在水中去除困难，尽管经过处理厂处理，但是仍不能完全去除，排放到环境中也会对水体造成污染和破坏，有可能危及人类和各种动植物的生存。前人已经研究出的染料废水去除的方法主要有吸附、过滤、化学氧化、光催化、生物降解等。这些方法均有些缺陷，不能很好的处理废水。因此研究者们对这些方法进行相应的改进，使其能用较低的成本获取更高的速度来对废水进行处理。其中光催化降解有操作简单、速度快、去除能力强、再生简单、环境友好等优点，被众多研究者们研究合成不同的光催化剂。CuO纳米材料由于具有较好的催化性能、来源广泛、成本较低等优点在催化领域被广泛研究。

文献[Environmental Science and Pollution Research International:Rao等人,2020年5月第15期27卷]报道了利用表面活性剂辅助法制备出单斜相CuO纳米棒，在可见光照射下，以RB-5为模拟污染物对其进行光催化性能研究发现，通过3h的光照后，该染料能被CuO纳米棒降解98％。该催化剂虽然效果较好，但对环境可能造成二次污染。

文献[Physica B-Condensed Matter：Kumar等人,2019年4月第558卷74-81页]报道了通过水热法在rGo上制备了CuO纳米线和Cu₂O纳米球，并分别对该复合材料进行光催化降解性能研究。结果表明rGo/CuO纳米复合物及rGo/Cu₂O纳米复合物对亚甲基蓝的光催化降解率约为45％。该催化剂成本较高，不利于大规模生产，且降解率较低。

文献[Materials Letters：Du等人,2018年第239卷75-78页]报道采用阳极氧化法在纳米多孔铜上制备出针状Cu_XO(X＝1,2)纳米材料，该材料的光催化结果显示，在H₂O₂条件下，经过220min光照，对罗丹明B的降解率达到96.7％。该催化剂制备过程较为复杂，在实际工程运用中不太有利。

文献[Physica E-Low-Dimensional SystemsNanostructures：Chen等人,2019年第106卷194-199页]报道以硝酸铜和碳酸钠为原料合成绣球花状CuO纳米材料，对罗丹明B、亚甲基蓝和甲基橙进行光催化性能测试结果均良好。该催化剂尽管制备过程较为简单，但制得的催化剂光响应范围改变不明显，并且其循环稳定性还有待于提高，限制了催化剂的应用。

上述已有较多关于纳米氧化铜作为光催化剂的制备及应用于光催化降解有机染料的研发报道，但都存在制备成本较高、过程繁琐等缺陷。因此，开发一种低成本、环境友好且可操作性较好的纳米氧化铜合成方法，以及对废水中有机染料光催化效率高的催化剂，成为科研工作者的一项挑战。

发明内容