一种制备光催化剂氧化铜的方法技术

本发明专利技术提供了制备光催化剂氧化铜的方法，该方法在熔盐介质中煅烧铜盐，铜盐分解后生成的氧化铜立即分散于熔盐介质中，除去熔盐介质即可制得氧化铜粉末。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光催化领域，涉及一种无机光催化剂的制备方法。
技术介绍
随着社会的不断进步和发展，人类对于自然资源的利用与开发已远远超出地球所能承受的范围。工厂排放标准不达标，乱排乱放，造成“三废”(废水、废气、废渣)问题严重，人们日常生活中对资源的浪费以及汽车尾气的排放，这些问题的恶化已经严重影响到人们的正常生活，比如雾霾天气。所以处理环境污染问题是目前亟待解决的一大难题。1976年，Carey等对光催化氧化降解水中污染物进行了开创性的研究，使光催化氧化降解技术应用在环境保护领域内，在世界范围内掀起了研究半导体光催化氧化技术的热潮。纳米氧化铜在许多方面都具有很大的用途,当普通氧化铜粉体的粒径大小达到纳米级别时，其粒径变小，表面原子所占的比例就越大即比表面积大，吸附能力也变得越强，化学反应活性也变得更高，所以纳米氧化铜材料将具有更加独特的功能，更加普遍的应用。氧化铜作为无机催化剂材料，其合成及应用具有更加广阔的前景。随着对半导体催化剂的探究技术日益成熟，制备纳米氧化铜催化剂的方法也更为完善。目前，主要有室温固相反应法、沉淀法(其中沉淀法包括直接沉淀法、均匀沉淀法、络合沉淀法和沉淀转换法)、水热法、醇热法、微乳液法、喷雾热解法、激光蒸凝法、微波沸腾回流法、电化学法等，上述方法均处理在实验室阶段，制备步骤繁琐，对生产设备的要求高，难以实现工业化生产，使得氧化铜的使用受到阻碍。因此，亟需开发一种易于控制制备条件，适于工业化生产氧化铜粉末的方法。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术人进行了锐意研究，结果发现：以铜盐为原料，在熔盐介质中煅烧铜盐，铜盐分解后生成的氧化铜立即分散于熔盐介质中，除去熔盐介质即可制得氧化铜粉末，从而完成了本专利技术。本专利技术的目的在于提供一种制备光催化剂氧化铜的方法，其特征在于，该方法在熔盐介质中煅烧铜盐，制得光催化剂氧化铜粉末。附图说明图1示出实施例1～5制得样品的XRD谱及氧化铜的标准XRD谱；图2示出实施例1～5制得样品的红外光谱；图3示出实施例1～5制得样品的紫外-可见漫反射光谱；图4示出实施例1～5制得样品的紫外-可见光谱；图5在不同时间的紫外-可见光谱；图6示出实施例1～5制得样品的紫外光催化活性；图7示出清除剂对实施例2制得样品的影响；图8示出本专利技术方法制得的光催化剂的光催化原理示意图。具体实施方式下面通过对本专利技术进行详细说明，本专利技术的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。以下详述本专利技术。目前，工业上生产氧化铜粉末通常使用以下几种方法：(一)铜粉氧化法(二)硝酸铜热分散法(三)碳酸铜热分解法(四)铜比或铜粉硝化法(五)电导水溶解法上述几种方法制得的氧化铜粉末通常存在粒径不均匀、颗粒的比表面积小、晶型不稳定、纯度低等难以克服的缺点。根据本专利技术，提供一种制备光催化剂氧化铜的方法，该方法在熔盐介质中煅烧铜盐。在本专利技术中，所述熔盐是指熔融状态的盐，或者为熔融状态的盐的组合物，优选为熔融状态的盐的组合物。在本专利技术中，用于制备熔盐的盐为活泼金属盐，优选为第一主族元素形成的盐，更优选为锂盐、钠盐、钾盐等中的一种或多种，进一步优选为锂盐。在本专利技术中，锂盐选自氯化锂、硝酸锂、硫酸锂、碳酸锂中的一种或多种，优选为氯化锂和硝酸锂中的一种或多种，更优选为氯化锂和硝酸锂的组合物。在本专利技术中，钠盐选自氯化钠、硝酸钠、硫酸钠、碳酸钠中的一种或多种，优选为氯化钠和硝酸钠中的一种或多种，更优选为氯化钠和硝酸钠的组合物。在本专利技术中，钾盐选自氯化钾、硝酸钾、硫酸钾、碳酸钾中的一种或多种，优选为氯化钾和硝酸钾中的一种或多种，更优选为氯化钾和硝酸钾的组合物。在本专利技术中，用于制备熔盐的盐为氯化锂和硝酸锂的组合物，优选地，氯化锂与硝酸锂的摩尔量之比为(0.05～0.3):(0.95～0.7)，优选为(0.08～0.25):(0.92～0.75)，更优选为(0.10～0.20):(0.90～0.80)，如0.12:0.88，其中，氯化锂的摩尔量以其分子的摩尔量计，硝酸锂的摩尔量以其分子的摩尔量计。本专利技术人发现，当氯化锂与硝酸锂按照上述摩尔量之比进行组合时，得到的组合物能够在较低温度下形成熔融状态传热介质，从而通过对流和扩散提供更快传质过程，使铜盐能够在熔盐中充分分散，更快地吸收热量，从而提高铜盐分解反应的速率，并且获得更好的结晶度和产品形貌。本专利技术人还发现，本专利技术中使用的用于制备熔盐的盐在水中都具有较大溶解度，当反应结束后，能够通过水洗的方法除去所用的盐，从而得到纯净的氧化铜产品。在本专利技术中，所述铜盐选自硫酸铜及其水合物、碳酸铜及其水合物和硝酸铜及其水合物，优选为硫酸铜及其水合物，如五水硫酸铜。在本专利技术中，所述铜盐优选为五水合硫酸铜，五水合硫酸铜中结晶水已经达到饱和，不能再结合结晶水或自由水，而且，其中的结晶水在常温常压条件下也不易失去，因此，使用五水合硫酸铜能够较为容易地确定其摩尔用量，此外，五水合硫酸铜价格低廉，来源广泛，因而，本专利技术优选使用五水合硫酸铜作为反应原料。本专利技术人发现，上述铜盐能够分散在所述熔盐中，而且在所述熔盐形成的体系中分解温度低，随着反应地不断进行，体系中有固体产物生成。在本专利技术一种优选的实施方式中，所述方法包括以下步骤：步骤1，混合铜盐和制备熔盐的盐，并进行煅烧；步骤2，冷却步骤1的反应体系，洗涤，干燥。在本专利技术步骤1中，铜盐与制备熔盐的盐的摩尔量之比为(0.01～0.5):1，优选为(0.03～0.3):1，如0.05:1，其中，铜盐的摩尔量以其分子的摩尔量计，制备熔盐的盐的摩尔量以其分子的摩尔量计。本专利技术人发现，当铜盐与制备熔盐的盐的摩尔量之比大于0.5:1时，铜盐在熔盐中的分散性差，热传质效果差，制得的产物结晶度差，颗粒大小不均匀，而且包杂有未充分反应的硫酸铜；当铜盐与制备熔盐的盐的摩尔量之比小于0.05:1时，铜盐在其中分散速度快，分散程度好，但熔盐用量过大，氧化铜的产率低。在本专利技术步骤1中，煅烧的温度为200℃～900℃，优选为250℃～880℃，如280℃，410℃，550℃，750℃和850℃，本专利技术人发现，随着煅烧温度的升高，制得产品在XRD谱上的特征峰的尖锐程度先增加后降低，在410℃下制得的产物的特征峰最为尖锐，这表明410℃时制得的产物晶体结构最佳。在本专利技术中，煅烧的时间为1～10小时，优选为2～8小时，如3小时，本专利技术人发现，当煅烧时间小于1小时时，铜盐反应不充分，体系中有大量未反应的铜盐剩余；而当煅烧时间达到10小时后，体系中铜盐已经充分反应，不再生成产物，再继续增加反应时间会造成时间和能源的浪费。当体系中铜盐与制备熔盐的盐的摩尔比为0.05:1时，反应时间达到3小时左右，体系中的铜盐基本反应完全。在本专利技术中，反应底物铜盐能够溶解在熔盐体系中，与熔盐形成共熔融体，随着反应的不断进行，粉末状的氧化铜不断在体系中析出，当体系中不再有氧化铜析出，即反应结束后，停止反应。在本专利技术步骤2中，将停止反应后的体系冷却，本专利技术对冷却的方法不做特别限定，可以使用现有技术中任意一种冷却熔盐的方法，本专利技术优选自然冷却。在本专利技术步骤2中，将反应后的体系冷却至可操作的温度，如0℃～100℃，优选为10℃～90℃，更优选为20℃～70℃，如30℃，在上述温度下，便于操作人员对反应后的体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备光催化剂氧化铜的方法，其特征在于，该方法在熔盐介质中煅烧铜盐。

【技术特征摘要】
1.一种制备光催化剂氧化铜的方法，其特征在于，该方法在熔盐介质中煅烧铜盐。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述熔盐是指熔融状态的盐，或者为熔融状态的盐的组合物，优选为熔融状态的盐的组合物；和/或所述铜盐选自硫酸铜及其水合物、碳酸铜及其水合物和硝酸铜及其水合物，优选为硫酸铜及其水合物，如五水硫酸铜。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，用于制备熔盐的盐为活泼金属盐，优选为第一主族元素形成的盐，更优选为锂盐、钠盐、钾盐等中的一种或多种，进一步优选为锂盐。4.根据权利要求3之所述的方法，其特征在于，锂盐选自氯化锂、硝酸锂、硫酸锂、碳酸锂中的一种或多种，优选为氯化锂和硝酸锂中的一种或多种，更优选为氯化锂和硝酸锂的组合物；钠盐选自氯化钠、硝酸钠、硫酸钠、碳酸钠中的一种或多种，优选为氯化钠和硝酸钠中的一种或多种，更优选为氯化钠和硝酸钠的组合物；钾盐选自氯化钾、硝酸钾、硫酸钾、碳酸钾中的一种或多种，优选为氯化钾和硝酸钾中的一种或多种，更优选为氯化钾和硝酸钾的组合物。5.根据权利要求1～4之一所述的方法，其特征在于，用于制备熔盐的盐为氯化锂和硝酸锂的组合物，优选地，氯化锂与硝酸锂的摩尔量之比为(0.05～0.3):(0.95～0.7)，优选为(0.08～0.25):(0.92～0.75)，更优选为(0.10～0.20):(0.90～0.80)，如0.12:0.88，其中，氯化锂的摩尔量以其分子的摩尔量计，硝酸锂的摩尔量以其分子的摩尔量计。6.根据权利要求1～...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔玉民，李慧泉，苗慧，陶栋梁，
申请(专利权)人：阜阳师范学院，
类型：发明
国别省市：安徽;34