申请日2017.10.25
公开(公告)日2018.01.19
IPC分类号C01G3/02; B82Y40/00; C02F1/30; C02F1/72; C02F103/36
摘要
一种可用于降低间氯甲苯生产废水COD的木耳形氧化铜纳米材料及其制备方法，属于环保纳米材料制备技术领域。制备过程如下：将厚度为0.1 ‑25mm的Cu片放入无水乙醇中超声，后在50‑80℃的混合溶液(含磷酸、硝酸、硫酸钠的质量分数分别为4‑15%、4‑10%、5‑18%)浸泡6‑20分钟，再放入8‑16%的H2O2溶液中浸泡10‑25分钟，后洗涤干燥;将上述Cu片先在混合气体(体积比为：空气20‑35%，氧气80‑65%)中以0.8‑1.5℃/分钟升温到250℃，后在空气中以0.5‑1℃/分钟升温到300‑400℃并维持5‑50小时;然后先在空气中以0.2‑1℃/分钟降温，降到250℃后再在氮气中以0.5‑2℃/分钟降到室温，从而获得木耳形氧化铜纳米材料。该氧化铜纳米材料的尺度在26~296 nm，其制备步骤简单，成本低，在降低废水COD方面有较大前景。
权利要求书
1.一种可用于降低间氯甲苯生产废水COD的木耳形氧化铜纳米材料，其特征在于：该木耳形氧化铜纳米材料是在Cu金属基片(即Cu片)上原位生长而成，尺度分布在26~296 nm。
2.如权利要求1所述的一种可用于降低间氯甲苯生产废水COD的木耳形氧化铜纳米材料，其特征在于：作为反应原料的Cu金属基片，按质量百分数计，含Cu> 99.5%，0<Sb<0.002%，0<As<0.002%，0<P<0.002%，基片厚度为0.1 -25mm。
3.权利要求1、2所述的可用于降低间氯甲苯生产废水COD的木耳形氧化铜纳米材料的制备方法，其特征在于：将厚度为0.1 -25mm的Cu片放入无水乙醇中超声，后在50-80℃的混合溶液(含磷酸、硝酸、硫酸钠的质量分数分别为4-15%、4-10%、5-18%)浸泡6-20分钟，再放入8-16%的H2O2溶液中浸泡10-25分钟，后洗涤干燥;将上述Cu片先在混合气体(体积比为：空气20-35%，氧气80-65%)中以0.8-1.5℃/分钟升温到250℃，后在空气中以0.5-1℃/分钟升温到300-400℃并维持5-50小时;然后先在空气中以0.2-1℃/分钟降温，降到250℃后再在氮气中以0.5-2℃/分钟降到室温，从而获得木耳形氧化铜纳米材料。
4.如权利要求3所述的一种可用于降低间氯甲苯生产废水COD的木耳形氧化铜纳米材料的制备方法，其特征在于：在50-80℃的混合溶液(含磷酸、硝酸、硫酸钠的质量分数分别为4-15%、4-10%、5-18%)浸泡6-20分钟，再放入8-16%的H2O2溶液中浸泡10-25分钟。
5.如权利要求3所述的一种可用于降低间氯甲苯生产废水COD的木耳形氧化铜纳米材料的制备方法，其特征在于：金属基片先在混合气体(体积比为：空气20-35%，氧气80-65%)中以0.8-1.5℃/分钟升温到250℃，后在空气中以0.5-1℃/分钟升温到300-400℃并维持5-50小时。
6.如权利要求3所述的一种可用于降低间氯甲苯生产废水COD的木耳形氧化铜纳米材料的制备方法，其特征在于：降温时，先在空气中以0.2-1℃/分钟降温，降到250℃后再在氮气中以0.5-2℃/分钟降到室温。
说明书
一种可用于降低间氯甲苯生产废水COD的木耳形氧化铜纳米材料及其制备方法
技术领域
本发明属于环保纳米材料制备技术领域，具体涉及一种铜金属基(即Cu片)原位自生长的可用于降低间氯甲苯生产废水COD(化学需氧量)的木耳形氧化铜纳米材料及其制备方法。
背景技术
CuO 是一种用途广泛的无机材料，可用作玻璃、搪瓷、陶瓷工业的着色剂，油漆的防皱剂，光学玻璃的磨光剂，以及用于人造丝制造工业及油脂的脱硫剂。其中纳米CuO材料在污染治理、生物医药、光学材料、传感器、电极材料、超导材料和催化材料领域具有良好的应用前景。
目前，氧化铜纳米材料的常规制备方法包括溶剂热法、热解法、水热法、微波法、湿化学法、磁控溅射法和固液反应法等。其中周倩等人使用铜纳米线为模板，过氧化钠为氧化剂采用水热法对铜纳米线进行侵蚀、氧化制得了海参状氢氧化铜纳米颗粒，对该氢氧化铜进行脱水反应得到海参状纳米氧化铜。杨慧等人使用氢氧化钠、硝酸铜和六次甲基四胺为原料，采用溶剂热的方法，分别在水、乙醇和乙二醇三种不同的溶剂中制得了菊花状、银莲花状和花椰菜状三种不同形貌的纳米氧化铜。本发明引入了新颖、绿色、简便的技术方法制备了低成本的可用于降低间氯甲苯生产废水COD的木耳形氧化铜纳米材料。
间氯甲苯是一种常见的染料，但生产的过程中易产生废水，该废水中往往含有间甲苯酚、二甲基联苯类、奥甲醛类等高污染物质，若该废水不经处理直接排放，会造成严重的环境污染问题。CuO纳米材料具有较窄的禁带(2.2ev)，最大吸收波长为560nm，有较好的可见光区的光电化学响应，在光催化反应中具有较高的光能利用率。本发明的木耳形氧化铜纳米材料作为光催化剂，采用太阳光/CuO/H2O2体系降解含间氯甲苯生产废水的COD，效果显著。
发明内容
本发明的目的是提供一种可用于降低间氯甲苯生产废水COD的木耳形氧化铜纳米材料及其制备方法。本发明所述的可用于降低间氯甲苯生产废水COD的木耳形氧化铜纳米材料是在Cu金属基片上原位生长而成，主要成分为CuO，尺寸分布在26~296 nm。
本发明的可用于降低间氯甲苯生产废水COD的木耳形氧化铜纳米材料，可以在300-400℃的混合气体中进行制备，通过调节前处理方式、加热的温度和时间、升温和降温的速率、混合气体的体积比例等获得不同尺寸的可用于降低间氯甲苯生产废水COD的木耳形氧化铜纳米材料。所制备的可用于降低间氯甲苯生产废水COD的木耳形氧化铜纳米材料尺寸分布在26~296 nm(见实施例1 ~ 8)。
本发明所述的可用于降低间氯甲苯生产废水COD的木耳形氧化铜纳米材料具有如下特点：形状如木耳，制备原料便宜，合成路线简便，所制备的纳米材料形状规则，降COD效果明显。
所述的Cu金属基片，按质量百分数计，含Cu> 99.5%，0<Sb<0.002%，0<As<0.002%，0<P<0.002%，基片厚度为0.1 -25mm。
本发明所述的一种可用于降低间氯甲苯生产废水COD的木耳形氧化铜纳米材料的制备方法，其步骤如下：
(1)将厚度为0.1 -25mm的Cu金属基片放入无水乙醇中超声1-12小时，后在50-80℃的混合溶液(含磷酸、硝酸、硫酸钠的质量分数分别为4-15%、4-10%、5-18%，溶液其余质量为去离子水)浸泡6-20分钟，再放入8-16%的H2O2溶液中浸泡10-25分钟，后洗涤干燥;
(2)将上述Cu金属基片先在混合气体(气体体积比为：空气20-35%，氧气80-65%)中以0.8-1.5℃/分钟升温到250℃，后在空气中以0.5-1℃/分钟升温到300-400℃并维持5-50小时;
(3) 降温时，在空气中降温，先以0.2-1℃/分钟降温，降到250℃后再在氮气中以0.5-2℃/分钟降到室温，从而获得可用于降低间氯甲苯生产废水COD的木耳形氧化铜纳米材料。
用以上氧化铜纳米材料处理间氯甲苯生产废水(PH=3.1，COD为1120mg/L)，当木耳形CuO纳米材料用量为0.032g/L，30%H2O2的用量为0.5%(V/V)时，使用太阳光照4h后，经检测发现该废水的COD降低率最高可达51%。
可用于降低间氯甲苯生产废水COD的木耳形氧化铜纳米材料，可以通过调节前处理方式、加热的温度和时间、升温和降温的速率、混合气体的体积比例等获得不同尺寸的可用于降低间氯甲苯生产废水COD的木耳形氧化铜纳米材料。
本发明的可用于降低间氯甲苯生产废水COD的木耳形氧化铜纳米材料有以下几个优点：
原料铜基底前处理绿色环保，制备过程简单，原位一步合成，制备过程无污染，原料简单，成本低廉。该可用于降低间氯甲苯生产废水COD的木耳形氧化铜纳米材料将在废水COD降低、有毒有机废水治理领域具有较大的应用前景。
