申请日2016.06.15
公开(公告)日2016.09.21
IPC分类号B01J23/72; B01J35/02; C02F1/72; C02F1/30
摘要
本发明涉及一种用于废水处理的Cu2O可见光催化剂及其制备方法及应用。采用γ辐射法将铜源、NaOH和表面活性剂SDS溶解到去离子水中，加入一定量的异丙醇形成蓝色悬浊液，装进广口瓶并封口，放置入60Coγ辐射源，辐照吸收剂量率为30 Gy min‑1,时长为64‑72 h。辐照结束后，收集瓶底的砖红色沉淀物，用蒸馏水和乙醇清洗数次，放入50°C烘箱在空气中干燥24 h，即得用于废水处理的Cu2O产物。所得Cu2O在可见光条件下表现出优异的光催化性能，17分钟内甲基橙的降解率达94%，反应速率为3.38μmol∙L‑1∙min‑1。该方法制备过程简单、成本低，所制备Cu2O光催化活性高，重复性好。
权利要求书
1. 一种用于废水处理的Cu2O可见光催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将铜源溶解到去离子水中，加入NaOH溶液，形成蓝色悬浊液，控制pH为12-13;
(2)再加入阴离子表面活性剂，持续搅拌使其溶解;
(3)再加入醇类自由基清除剂后放置入γ辐射源 ，辐照结束后，过滤，获得砖红色沉淀, 醇类自由基清除剂与步骤(1)中溶解铜源的去离子水的体积比为 (5-12):(30-40);
(4)用蒸馏水和乙醇清洗步骤(3)获得的砖红色沉淀，烘干后所得产物即为Cu2O光催化剂。
2.根据权利要求1所述的一种用于废水处理的Cu2O可见光催化剂的制备方法 ，其特征在于：
步骤(1)中所述的铜源为CuCl2或CuSO4中的一种，所述的铜源、NaOH、去离子水的使用量，按铜源中的Cu2+:OH–:H2O为0.0016mol: 0.0029~0.0034mol: 40mL;
步骤(2)中所述阴离子表面活性剂为十二烷基硫酸钠;
步骤(3)中所述的醇类自由基清除剂为异丙醇，异丙醇与去离子水的体积为(5-12):(30-40)，所述的γ辐射源为60Co -γ辐射源，辐照吸收剂量率为30 Gy min-1, 时长为64-72 h;
步骤(4)中所述的清洗采用的固液分离条件为4000rpm离心5-10min，所述的烘干为50-60℃空气干燥24小时。
3. 一种权利要求1所述的一种用于废水处理的Cu2O可见光催化剂的制备方法制得的Cu2O光催化剂。
说明书
一种用于废水处理的Cu2O可见光催化剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及光催化剂制备领域，具体涉及一种用于废水处理的Cu2O可见光催化剂及其制备方法。
背景技术
可见光催化氧化技术被认为是解决废水中可溶有机污染物极具前景的方法。虽然二氧化钛有着优异的光催化活性而被广泛研究，但较大的禁带宽度决定了其在可见光催化上应用具有很大的局限性。因此，其他金属氧化物及化合物被广泛研究并期望作为潜在应用的可见光催化剂。
氧化亚铜(Cu2O)是一种重要的直接带隙p型金属氧化物半导体，带隙宽度为2.17 eV，在可见光范围内有光学活性，能够有效利用太阳能。由于其低廉的制备价格、很好的环境可容性，是一种具有潜在应用的可见光催化剂。微纳尺寸的Cu2O颗粒相比于其块材具有更高的光催化活性。
Xu等、Wu等利用电沉积方法在基底表面生长了Cu2O微晶颗粒薄膜，并可控调节Cu2O晶体形貌，所制备的样品在可见光下具有一定光催化活性，经过1个小时的可见光照射可以降解不到10%的亚甲基蓝。
Shoeib等用电化学方法制备了Cu2O纳米晶粉末，并研究了其对甲基橙的光催化性能，结果表明其合成的Cu2O对甲基橙的脱色主要是由于表面吸附作用，而且Cu2O在光催化反应中不稳定，会被光腐蚀氧化成CuO和Cu(OH)2而失去光催化活性。
目前公开的与本发明有关的专利有：
上海电力学院的吴江等人发明一种CuO/TiO2光催化剂及制备方法，申请号201510225398，该专利制备的氧化铜二氧化钛混合物的降解能力来源于二氧化钛或氧化铜并不确定。
绍兴文理学院的陶菲菲等人发明一种氧化亚铜/铜空心微球及其制备方法与应用，申请号201510177550，该专利制备的氧化亚铜/铜空心微球为纳米粒子构筑的、具有多孔表面的结构，并表现出很好的光催化活性。
目前公开的专利中查询到有关各种结构的Cu2O制备方法及应用，或是Cu2O与其他化合物复合材料的制备方法及光催化性能，尚未查询到关于Cu2O切角八面体纳米结构的制备及其可见光催化应用方面的公开专利。
铜氧化物光催化剂存在可见光催化性能低、催化效果不稳定、需要配合使用氧化剂如H2O2等问题，迫切需要寻求一种成本低、制备方法过程简单、适用于可见光条件下的高效光催化剂。本方法中，我们合成了具有切角八面体的Cu2O微晶，并具有很优异且很稳定的可见光催化性能。
发明内容
本发明提供了一种用于废水处理的Cu2O用于废水处理的Cu2O可见光催化剂及其制备方法。本方法制备工艺简单、成本低，所得到的光催化剂为可见光条件下的高效光催化剂。
为实现上述目的本发明所采用的技术方案如下：
一种用于废水处理的Cu2O可见光催化剂，其合成方法包括如下步骤：
(1)将铜源溶解到去离子水中，加入NaOH溶液，pH为12-13，所述的铜离子前驱物为CuCl2或CuSO4中的一种，所述的铜源、NaOH、去离子水的使用量，按铜源中的Cu2+:OH–:H2O为0.0016mol:0.0029~0.0034mol:40mL;
(2)再加入阴离子表面活性剂，持续搅拌使其溶解，所述阴离子表面活性剂为十二烷基硫酸钠(sodium dodecyl sulfate, SDS);
(3)加入醇类自由基清除剂后放置入γ辐射源，辐照结束后获得砖红色沉淀，所述的醇类自由基清除剂为异丙醇，异丙醇与步骤(1)中溶解铜源的去离子水的体积比为 5-12:30-40;所述的γ辐射源为60Co-γ辐射源，辐照吸收剂量率为30 Gy min-1, 时长为64-72 h;
(4)经蒸馏水和乙醇清洗，烘干后所得产物即为Cu2O光催化剂，所述的清洗采用的固液分离条件为4000rpm离心5-10min，所述的烘干为50-60℃空气干燥24小时。
制得的Cu2O光催化剂在有机污水降解处理方面的应用。
有益效果
本发明方法制备的Cu2O光催化剂具有切角八面体的形貌，粒径分布在600nm~1000 nm， 其暴露晶面为{111}、{100}。具有可见光催化活性，用作降解含有甲基橙的水溶液，在450nm波长以上光照条件下， 17分钟内甲基橙的降解率达94%，反应速率为3.38μmol∙L-1∙min-1，在有机污水降解处理方面具有潜在应用。本发明制备方法过程简单、成本低，所制备Cu2O可见光催化活性高、重复使用性好。
