一种能高效吸附甲基蓝的介孔型氧化亚铜与氧化铜复合纳米材料及其可控合成与应用制造技术

本发明专利技术公开了一种能高效吸附甲基蓝的介孔型氧化亚铜与氧化铜复合纳米材料及其可控合成与应用。该复合纳米材料的制备步骤如下：将氧化铜分散于去离子水中,超声震荡，得反应液；利用脉冲激光辐照上述反应液；辐照完成后取溶液，经离心、超声，即得介孔型氧化亚铜与氧化铜复合纳米材料。本发明专利技术制备的复合纳米材料对甲基蓝吸附速度快、效率高，能以较少的用量可以在短时间内达到较高的吸附量，制备方法简单有效，成本低，绿色环保，极大地简化了纳米材料的合成。

【技术实现步骤摘要】
一种能高效吸附甲基蓝的介孔型氧化亚铜与氧化铜复合纳米材料及其可控合成与应用
本专利技术涉及一种能高效吸附甲基蓝的介孔型氧化亚铜与氧化铜复合纳米材料及其可控合成与应用，属于新型纳米材料的制备及应用领域。
技术介绍
清洁的淡水资源是自然界中生物物种得以存活的必不可少的基本条件，更是人类健康生活的至关重要的先决条件。然而，随着印染、造纸、医药、纺织、电镀等精细化工的迅速发展，排放出的大量有机污染物对目前有限的淡水资源构成严重破坏。尤其是含有复杂苯环和芳香杂环化合物的有机污染物，其化学性质稳定，不易被光、热和氧化剂等降解，排放到大自然中会长时间污染地下水源；同时也是白血病、肾脏和肝脏肿瘤、脑细胞先天性缺陷等日益高发疾病的重要根源之一。其中，最为代表性的污染物是甲基蓝。这是一种典型的芳香杂环化合物，在目前精细化工中占据重要地位，甲基蓝的处理成为目前污水治理的主要问题之一。目前，研究人员利用基于半导体@金属复合型纳米材料对甲基蓝进行光催化降解，虽取得一定的效果，但合成过程中需要精细调节反应试剂和稳定剂的浓度及反应温度和时间等反应条件，并且通常需要引入大量贵金属Ag,Au,Pt等，必然提高了催化剂的成本，不利于实际推广(Water.Res.，2016,88,428；Environ.Int,2016,91,94；Chem.Soc.Rev.,2012,41,782–796)。采用纳米材料作为吸附剂来吸附甲基蓝，不仅可以克服光催化降解甲基蓝过程中必须使用外界光源的缺点，而且可以大大降低贵金属元素的使用。因此，具有高效吸附能力的新型纳米材料已经成为研究焦点。为了制备具有高效吸附有机物性能的纳米材料，多元醇催化氧化法、溶剂热蒸法、水热法和模板法等制备方法得到了大量关注。目前，已有大量研究证实，通过合成表面多孔或粗糙的特定纳米结构能够实现对甲基蓝的有效吸附，例如，通过聚多巴胺聚合物辅助合成的Fe3O4@Ag复合纳米材料在甲基蓝吸附过程中具有一定的优势(ACSAppl.Mater.Interfaces，2014,6,8845)。然而，绝大多数的合成过程中通常会采用复杂的化学试剂，并引入多种分散剂、活性剂、稳定剂和辅助试剂等，其中甚至会包括带有苯环或卤素的有机化合物，尽管经过后期严格复杂的提纯工艺，纳米材料也将不可避免地携带上述残留物质，在甲基蓝污水处理过程中必将带来二次污染。中国专利文献CN103191725A公开了一种BiVO4/Bi2WO6复合半导体材料及其水热制备方法和应用，其名义组分为：(1-x)BiVO4/xBi2WO6，其中x＝5-95mol％。该专利技术所制备的复合半导体具有分散性好，晶体结构和形貌可控，比表面积大，对有机染料亚甲基蓝具有较好的吸附效果，且可见光响应活性高，化学稳定性好等优点。但是，吸附效果欠佳，制备过程繁琐，水热制备过程中需要严格控制反应液的PH值和高温环境，而且需要耗费大量的时间。中国专利文献CN105107463A公开了一种磷钨酸复合材料的制备及对亚甲基蓝吸附性能实验方法，以Dawson型H6P2W18O62和金属有机骨架MOF-5为原料，采用溶剂热制备吸附剂H6P2W18O62/MOF-5复合材料。该专利技术通过H6P2W18O62对MOF-5进行改性合成了有机骨架复合材料H6P2W18O62/MOF-5，改性后的材料对亚甲基蓝(MB)溶液吸附效果较好。但是，该专利技术中所需要的吸附剂H6P2W18O62/MOF-5复合材料在制备过程中用到的部分试剂具有一定的毒性，会对人体造成一定的伤害，且吸附效果欠佳。科研人员一直在努力优化常规技术，但同时更加迫切需要一种新的合成方法，其能够兼具简便、环保、高效等特点，避免合成过程中使用复杂的化学反应试剂，最大限度地降低稀有金属和贵金属的使用，在可控合成廉价、低成本的复合型纳米材料领域取得突破进展。此项工作是推进纳米材料在污水处理领域取得突破性进展的至关重要环节。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种能高效吸附甲基蓝的介孔型氧化亚铜与氧化铜复合纳米材料。利用激光液相辐照技术制备得到的复合纳米材料具有高效快速的甲基蓝吸附能力，制备方法简单、绿色环保、成本低。本专利技术还提供一种能高效吸附甲基蓝的介孔型氧化亚铜与氧化铜复合纳米材料的可控合成和应用。本专利技术的技术方案如下：一种能高效吸附甲基蓝的介孔型氧化亚铜与氧化铜复合纳米材料，所述复合纳米材料中氧化铜的质量含量为45-65％，氧化亚铜的质量含量为35-55％。根据本专利技术优选的，所述介孔型氧化亚铜与氧化铜复合纳米材料的孔径大小为4-8nm。上述能高效吸附甲基蓝的介孔型氧化亚铜与氧化铜复合纳米材料的可控合成，包括步骤如下：(1)将氧化铜分散于去离子水中,超声震荡，得反应液；(2)利用脉冲激光辐照步骤(1)得到的反应液；(3)辐照完成后取溶液，经离心、超声，即得介孔型氧化亚铜与氧化铜复合纳米材料。根据本专利技术优选的，所述步骤(1)中氧化铜与去离子水的质量比为1：150-1：200。优选的，所述步骤(1)中氧化铜与去离子水的质量比为1：187.5。根据本专利技术优选的，所述步骤(1)中超声震荡时间为5-20min，超声震荡温度为室温。根据本专利技术优选的，所述步骤(2)中辐照波长为500-1100nm，脉宽为10ns，频率为10Hz，功率密度为0.02-0.04GW/cm2；反应液面激光束光斑尺寸为6-10mm。优选的，所述步骤(2)中辐照波长为532nm，脉宽为10ns，频率为10Hz，功率密度为0.03GW/cm2；反应液面激光束光斑尺寸为8mm。根据本专利技术优选的，所述步骤(2)利用脉冲激光辐照20-90min。根据本专利技术优选的，所述步骤(3)中离心转速为15000-18000rpm，离心时间为10-20min。上述能高效吸附甲基蓝的介孔型氧化亚铜与氧化铜复合纳米材料应用于去除污水中的甲基蓝。利用上述介孔型氧化亚铜与氧化铜复合纳米材料吸附污水中的甲基蓝的方法，包括步骤如下：将介孔型氧化亚铜与氧化铜复合纳米材料加入到甲基蓝浓度为80mg/L、PH值为6.9-7.1、温度为25-29℃的污水中，所述介孔型氧化亚铜与氧化铜复合纳米材料的加量为3-5g/10L污水，甲基蓝吸附到介孔型氧化亚铜与氧化铜复合纳米材料表面，1min吸附完成，离心除去沉淀。有益效果：1.本专利技术直接利用激光辐照裂解技术，有效地制备得到尺寸较小的复合纳米材料，其直径为60-100nm，远小于单纯氧化铜的尺寸(120-200nm)；纳米材料的结构得到修饰，最终形成介孔(孔径4-8nm)结构的纳米材料；同时，所制备的纳米材料为特定晶型的氧化亚铜和氧化铜的复合纳米材料，能够更好的发挥氧化铜和氧化亚铜的协同作用；这些因素极大的提高了纳米材料的吸附活性。2.本专利技术的制备方法无须外界提供模板和高温高压的条件，PH为中性无需调节，不需要添加其它试剂，不会对人体和环境造成任何伤害，最大限度减少使用反应试剂，方法简单有效，成本低，绿色环保，极大简化了纳米材料的合成。3.本专利技术制备得到的复合纳米材料在甲基蓝溶液进行吸附的过程中，不需要任何长时间搅拌混合来充分接触的前期准备，而且相比单纯氧化铜吸附速度更快，效率更高，以较少的用量可以在短时间内达到较高的吸附量，快速高效，为有机污染物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种能高效吸附甲基蓝的介孔型氧化亚铜与氧化铜复合纳米材料，其特征在于，所述复合纳米材料中氧化铜的质量含量为45‑65％，氧化亚铜的质量含量为35‑55％。

【技术特征摘要】
1.一种能高效吸附甲基蓝的介孔型氧化亚铜与氧化铜复合纳米材料，其特征在于，所述复合纳米材料中氧化铜的质量含量为45-65％，氧化亚铜的质量含量为35-55％。2.根据权利要求1所述的能高效吸附甲基蓝的介孔型氧化亚铜与氧化铜复合纳米材料，其特征在于，所述介孔型氧化亚铜与氧化铜复合纳米材料的孔径大小为4-8nm。3.一种能高效吸附甲基蓝的介孔型氧化亚铜与氧化铜复合纳米材料的可控合成，包括步骤如下：(1)将氧化铜分散于去离子水中,超声震荡，得反应液；(2)利用脉冲激光辐照步骤(1)得到的反应液；(3)辐照完成后取溶液，经离心、超声，即得介孔型氧化亚铜与氧化铜复合纳米材料。4.根据权利要求3所述的能高效吸附甲基蓝的介孔型氧化亚铜与氧化铜复合纳米材料的可控合成，其特征在于，所述步骤(1)中氧化铜与去离子水的质量比为1：150-1：200；优选的，所述步骤(1)中氧化铜与去离子水的质量比为1：187.5。5.根据权利要求3所述的能高效吸附甲基蓝的介孔型氧化亚铜与氧化铜复合纳米材料的可控合成，其特征在于，所述步骤(1)中超声震荡时间为5-20...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈明，王铁军，王大猛，张华，徐林林，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37