一种含Ce可见光催化纳米材料的制备方法及其应用技术

本发明专利技术属于纳米材料、光催化材料技术领域，尤其涉及稀土与过渡金属复合可见光催化材料的制备方法及其应用，具体为一种含Ce可见光催化纳米材料的制备方法及其应用。本发明专利技术采用简单化学合成与外加电场相结合的方法，该方法反应时间短，节约能源，不产生任何工业废物，污染少，适合大规模生产；同时通过对外加电场的控制，改变制备制备Cu‑Ce纳米粉体的形貌及相关性能，可控性好；本发明专利技术对施加电场加以改进，采用直流电场、交流电场相互交错控制。

Preparation and application of visible light photocatalytic nanomaterials containing Ce

The invention belongs to the field of nanomaterial and photocatalytic material, in particular to the preparation method and application of rare earth and transition metal composite visible light catalysis material, in particular, a preparation method and application of Ce visible photocatalytic nanomaterial. The method combines simple chemical synthesis with applied electric field. The method has short reaction time, energy saving, no industrial waste, less pollution and suitable for large-scale production. At the same time, the morphology and related properties of preparation of Cu Ce nano powder are changed by the control of external electric field, and the controllability is good. The invention improves the applied electric field by using DC electric field and alternating electric field interlacing control.

【技术实现步骤摘要】
一种含Ce可见光催化纳米材料的制备方法及其应用
本专利技术属于纳米材料、光催化材料
，尤其涉及稀土与过渡金属复合可见光催化材料的制备方法及其应用，具体为一种含Ce可见光催化纳米材料的制备方法及其应用。
技术介绍
亚甲基蓝（化学式：C16H18ClN3S，分子量：319.86），是一种吩噻嗪盐，吩噻嗪盐特殊的性质使其成为一种性能优良的显色剂，广泛地应用于许多有关颜色反应的工业实验中。然而有利也有弊，由于近年来我国染料制造业和印染加工业飞速发展，据有关学者估计，在染料生产过程中，大约会排放原料总量的90％的无机原料和30％的有机原料到环境水体中。这也意味着随着染料产量的大幅增加，每年大约有70万吨工业染料（亚甲基蓝是主要成分）随着废水排放出来。因此，近年来染料废水的深度处理技术受到了人们的高度重视。时至今日，材料的制备与合成已经逐渐形成日趋完善的体系，科学家们也掌握了很多成熟的技术方法。但随着时代的发展，人们对于材料的结构和性能又提出了很多新的要求，也由此探索出许多新的材料合成方法来顺应时代发展的潮流，以获得达到期望的产品。诸多制备样品的方法分门别类，各有千秋，如高温固相反应法、水热合成法、共沉淀法、简单溶液法、溶胶-凝胶法、配位烧结法、微乳法、喷雾热解法、固相燃烧法、还原法等等。含铜氧化铈材料在催化和电催化领域中受到相当大的关注，这是因为它们独特的物理化学特性以及其与贵金属（NMs）基催化剂相比具有较低的成本。如今，已经有很多文献证明，复合铜-二氧化铈相互作用（几何或电子）在催化性能上都起到关键作用。由铜和二氧化铈组成的材料由于其与NMs基催化剂相比独特的催化特征和更低的成本，而被广泛应用于能源和环境领域。现阶段用上述方法制备Cu-Ce复合氧化物还未见报道，其应用前景也未有提及，本专利提供的方法，可以制备出含Ce可见光催化纳米材料，在新材料的制备上是一个创新性工作。在对其进行光催化活性测试的应用方面，开拓了新型光催化剂的应用领域。
技术实现思路
为改进现有技术的不足，本专利技术提供了一种纳米结构Ce-Cu光催化剂材料的制备方法，该方法制备出的铜酸铈粉体纯度高，具有纳米结构，并且该粉体对亚甲基蓝有光催化活性。为了实现上述目的，本专利技术提供含Ce可见光催化纳米材料（铜酸铈光催化剂材料）的制备方法，包括以下步骤。步骤1.将Cu与Ce按照1:1的化学计量比称取Cu的可溶性盐和Ce的可溶性盐，溶于去离子水中，混合均匀，得到溶液A。步骤2.称取一定量碱与丁二酮肟，溶于适量乙醇与水的溶液中，控制溶液pH为9-12，搅拌至完全溶解，得到溶液B。步骤3.将溶液B缓慢倒入溶液A中，加入2-3mmol聚乙二醇，搅拌0.5-1h，得到溶液C。步骤4.采用改进的静电纺丝法制备纳米级直径的复合物细丝，制备过程中，在现有的静电纺丝设备的基础上，外加微小交流变电场，控制其电流方向，形成矩齿形电波；具体为，静电纺丝设备采用高压直流电源，正负直流电场的电压为-3000V～+3000V，在合成装置底部添加两块金属板，每块金属板分别用电极夹与交流电源连接（每个电极夹连接一块金属板），实现外加交流电场控制，所述外加交流变电场的电压为-8V～+8V，频率为50-60HZ；反应时间为30min-60min，待出现固液分离现象后，静置溶液C，对溶液C采用真空抽滤机进行抽滤，取滤饼放入烘箱中烘干，得到物质D；烘干温度为60℃-90℃，烘干时间为1-3h。步骤5.将物质D置于氮气炉中进行煅烧，煅烧温度为600-900℃，保温0.5-2h，得到煅烧产物；煅烧产物经粉碎、研磨后，即得Cu-Ce光催化纳米粉体。优选的，所述步骤1中铜的可溶性盐为硝酸铜或醋酸铜；铈的可溶性盐为硝酸铈或醋酸铈。优选的，所述步骤1中去离子水的体积用量为铜的可溶性盐和铈的可溶性盐总摩尔质量的4-6倍。优选的，所述步骤2中碱为三乙胺或氨水，碱的摩尔用量为铜的可溶性盐摩尔量的6-8倍；所述丁二酮肟的摩尔用量为铜的可溶性盐摩尔量的4-6倍；步骤2中乙醇的体积用量为碱与丁二酮肟摩尔量之和的4-10倍。优选的，所述的聚乙二醇的分子量在1000-5000之间。优选的，所述步骤2和步骤3中的搅拌条件为机械搅拌或磁力搅拌，转子转数为500-1000r/min。采用本专利技术制备方法得到的复合Cu-Ce纳米粉体光催化剂，可以用于降解水体中的亚甲基蓝，尤其是污水中的亚甲基蓝。本专利技术的显著效果。本专利技术采用化学合成与外加电场相结合的方法制备Cu-Ce复合氧化物，查阅大量资料未见纯Cu-Ce复合氧化物制备方面的相关报道，其应用前景也未有提及，本专利技术提供的方法，可以制备出含Ce可见光催化纳米材料，在新材料的制备上是一个创新性工作。在对其进行光催化活性测试的应用方面，开拓了新型光催化剂的应用领域。本专利技术采用简单化学合成与外加电场相结合的方法，该方法反应时间短，节约能源，不产生任何工业废物，污染少，适合大规模生产；同时通过对外加电场的控制，改变制备制备Cu-Ce纳米粉体的形貌及相关性能，可控性好；本专利技术对施加电场加以改进，采用直流电场、交流电场相互交错控制。同时采用锯齿波型电压控制合成过程，在合成装置（合成装置可以是透明电解槽、密闭烧杯、容量瓶等本领域技术人员公知的可以插入金属电极的合成装置即可）底部加入微小交流变电场，使产品形貌变得可控，使产品比表面积得到可控；本专利技术在原有简单溶液制备的过程中，添加聚乙二醇和丁二酮肟，有效的分散了铜离子和铈离子，使得制备的粉体更为细小，有利于纳米化，主要因为丁二酮肟与铜离子、铈离子进行配位，可使铜和铈充分溶解在聚乙二醇中。后面煅烧通入氮气炉中，可使得粉体更为细化。本专利技术限定的优化合成方法，通过控制分散剂丁二酮肟的加入量与改变溶液的pH值相结合、可制备出分散性好、比表面积大、颗粒均匀的纳米粉体，该粉体具有单一吸附效果，对现有水污染的治理提供了新的材料与思路，开拓了新的性能。通过本专利技术方法制备的铜酸铈纳米粉体，对其进扫描电镜测试和光催化测试。使用SUPRA-55型扫描电子显微镜对样品进行形貌测试；从扫描电镜测试结果可以看出，所制备出的粉体形貌较为规整，呈100纳米规则形状的球体，颗粒尺寸达到了纳米级别；经光催化性能测试，样品对亚甲基蓝有很强的光催化活性，可用于对亚甲基蓝染色剂治理。附图说明图1为实施例1制备得到Cu-Ce光催化粉体的扫描电镜图。图2为实施例2制备得到Cu-Ce光催化粉体对亚甲基蓝的催化效果图。图3为实施例3制备得到Cu-Ce光催化粉体的扫描电镜图。图4为实施例4制备得到Cu-Ce光催化粉体的扫描电镜图。图5为实施例4制备得到Cu-Ce光催化粉体对亚甲基蓝的催化效果图。图6为实施例5制备得到Cu-Ce光催化粉体的扫描电镜图。图7为实施例5制备得到Cu-Ce光催化粉体对亚甲基蓝的催化效果图。具体实施方式以下结合具体实施例对本专利技术作进一步的介绍。实施例1。一种含Ce可见光催化纳米材料的制备方法，包括以下步骤：称取5mmol醋酸铜和5mmol醋酸铈，溶于去离子水中，去离子水的体积用量为醋酸铜和醋酸铈总摩尔质量的4倍，机械搅拌至完全溶解，得到溶液A；称取30mmol氨水与20mmol丁二酮肟溶于200ml乙醇与200ml水的混合溶液中，机械搅拌至完全溶解，控制溶液的pH值为10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含Ce可见光催化纳米材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1.将Cu与Ce按照1:1称取Cu的可溶性盐和Ce的可溶性盐，溶于去离子水中，混合均匀，得到溶液A；步骤2.称取一定量碱与丁二酮肟，溶于适量乙醇与水的溶液中，控制溶液pH为9‑12，搅拌至完全溶解，得到溶液B；步骤3.将溶液B缓慢倒入溶液A中，加入2‑3mol聚乙二醇，搅拌0.5‑1h，得到溶液C；步骤4.采用改进的静电纺丝法制备纳米级直径的复合物细丝，制备过程中，在现有的静电纺丝设备的基础上，外加微小交流变电场，控制其电流方向，形成矩齿形电波；具体为，静电纺丝设备采用高压直流电源，正负直流电场的电压为‑3000V～+3000V，在合成装置底部添加两块金属板，每块金属板分别用电极夹与交流电源连接（每个电极夹连接一块金属板），实现外加交流电场控制，所述外加交流变电场的电压为‑8V～+8V，频率为50HZ；反应时间为30min‑60min，待出现固液分离现象后，静置溶液C，对溶液C采用真空抽滤机进行抽滤，取滤饼放入烘箱中烘干，得到物质D；烘干温度为60℃‑90℃，烘干时间为1‑3h；步骤5.将物质D置于氮气炉中进行煅烧，煅烧温度为600‑900℃，保温0.5‑2h，得到煅烧产物；煅烧产物经粉碎、研磨后，即得Cu‑Ce光催化纳米粉体。...

【技术特征摘要】
1.一种含Ce可见光催化纳米材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1.将Cu与Ce按照1:1称取Cu的可溶性盐和Ce的可溶性盐，溶于去离子水中，混合均匀，得到溶液A；步骤2.称取一定量碱与丁二酮肟，溶于适量乙醇与水的溶液中，控制溶液pH为9-12，搅拌至完全溶解，得到溶液B；步骤3.将溶液B缓慢倒入溶液A中，加入2-3mol聚乙二醇，搅拌0.5-1h，得到溶液C；步骤4.采用改进的静电纺丝法制备纳米级直径的复合物细丝，制备过程中，在现有的静电纺丝设备的基础上，外加微小交流变电场，控制其电流方向，形成矩齿形电波；具体为，静电纺丝设备采用高压直流电源，正负直流电场的电压为-3000V～+3000V，在合成装置底部添加两块金属板，每块金属板分别用电极夹与交流电源连接（每个电极夹连接一块金属板），实现外加交流电场控制，所述外加交流变电场的电压为-8V～+8V，频率为50HZ；反应时间为30min-60min，待出现固液分离现象后，静置溶液C，对溶液C采用真空抽滤机进行抽滤，取滤饼放入烘箱中烘干，得到物质D；烘干温度为60℃-90℃，烘干时间为1-3h；步骤5.将物质D置于氮气炉中进行煅烧，煅烧温度为...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宣文，郭瑞，苏娜，方圆，
申请(专利权)人：东北大学秦皇岛分校，
类型：发明
国别省市：河北,13