一种氧化铜球形等级结构材料的制备方法技术

本发明专利技术属功能材料制备技术领域，涉及一种氧化铜球形等级结构材料的制备方法，向草酸水溶液中添加矿化剂，然后滴加可溶性铜盐水溶液，在恒温并且搅拌的条件下反应直到前驱物沉淀生成，过滤、洗涤、干燥和煅烧后即获得氧化铜等级结构材料。产品是由大量的氧化铜纳米粒子组装而成的球状等级结构材料。球的尺寸在1～2 mm之间，氧化铜纳米粒子的尺寸在40～60 nm之间，其孔道尺寸在10～30 nm之间。该工艺制备成本低，操作容易控制，具有较高的生产效率，可以实现工业化大量生产。本发明专利技术所制备的氧化铜等级结构材料作为可见光催化材料使用具有较高的催化活性，在降解染料废水及室内有害气体，光催化消毒等领域具有广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于功能材料的制备
，具体地说是涉及一种氧化铜球形等级结构材料的制备方法。
技术介绍
在微纳米尺度下对功能材料形貌和粒径大小进行控制合成成为一个十分活跃的研究领域。微纳米材料的制备方法是材料科学技术的重要研究内容，制备方法的改进促进新型材料的产生，更有利用于在原子和分子水平上理解晶体的成核及其生长过程，有助于进一步讨论材料的结晶结构形貌对材料的物理化学性质的影响。等级结构形态是一类重要的结构形态 (hierarchical architecture)，等级结构形态是分为不同等级的，高等级是由低等级建筑模块组成的，较高等级控制或优先于较低等级。氧化铜（CuO）是一种铜的黑色氧化物，略显两性，稍有吸湿性，是一种重要的无机功能材料。纳米氧化铜能能吸收可见光而引发光催化反应，具有抗菌杀菌功能，新型纳米氧化铜的性质不同于常规的氧化铜。纳米氧化铜的常规化学制备方法很多，如水热法、共沉淀法、溶胶凝胶法、等，但是这些常规的制备方面都有其相应的缺点而限制的纳米氧化铜材料的应用。纳米尺寸的氧化铜材料形貌与结构决定其物理化学性质，本专利技术公布了一种氧化铜球形等级结构材料的制备方法。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种制备成本低，易于操作控制，反应温度低,目的产物收率高，均一性好，且具有多孔结构的氧化铜等级结构材料的制备方法。通过多组对比试验，发现草酸和矿化剂在制备工艺中起着重要作用。所制备的氧化铜纳米材料，具有良好的光催化性能，光催化降解染料的工艺条件下，60分钟降解率达到了99%以上。本专利技术制备方法同样可以应用于其它功能材料的化学合成研究，且具有广阔的应用前景。为达到上述目的，本专利技术是这样实现的：一种氧化铜球形等级结构材料的制备方法，向草酸水溶液中添加矿化剂，然后滴加可溶性铜盐水溶液，在恒温并且搅拌的条件下反应直到前驱物沉淀生成，过滤、洗涤、干燥和煅烧后即得目的产物。作为一种优选方案，本专利技术所述草酸水溶液的摩尔浓度为0.1～1.0 mol/L；所述矿化剂为硝酸铁或氯化铁的一种或其混合物，矿化剂和草酸的摩尔比为1:10～50。进一步地，本专利技术所述可溶性铜盐为硝酸铜或氯化铜的一种或其混合物，其摩尔浓度为0.1～1.0 mol/L；可溶性铜盐和草酸的摩尔比为1:5～50。进一步地，本专利技术所述滴加溶液的速度为60～180滴/分钟；所述恒温在20～30 °C；所述搅拌速度在100～150 转/分钟；所述搅拌反应时间为10～30分钟。更进一步地，本专利技术所述的洗涤液体为体积比是1:1的甲醇水混合溶液，洗涤次数为10次。更进一步地，本专利技术所述干燥时间为1～3小时，干燥温度为60～100 °C，升温速率为2～10 °C/分钟。更进一步地，本专利技术所述煅烧时间为2～5小时，煅烧温度为400～600 °C，升温速率为2～20 °C/分钟。本专利技术成功的制备了氧化铜等级结构材料。由于纳米孔道超级结构的存在，使得材料具有较大的比表面积和丰富的空隙，这些结构有利于对其光催化性能有很大促进作用，具有良好的光催化性能，光催化降解染料的工艺条件下，60分钟降解率达到了99%以上。与现有技术相比，本专利技术具有如下特点。（1）本专利技术开发了制备氧化铜等级结构材料新工艺路线，产品是由大量的氧化铜纳米粒子组装而成的球状等级结构材料。球的尺寸在1～2 mm之间，氧化铜纳米粒子的尺寸在40～60 nm之间。该工艺制备成本低，操作容易控制，具有较高的生产效率，可以实现工业化大量生产。（2）目的产物收率（99.0%～99.5%），产品纯度高（99.5％～99.8％）可满足工业应用领域对氧化铜材料的要求。（3）本专利技术制备的目的产物氧化铜等级结构材料作为材料其比电容高，循环性能好，这种优异的性能与氧化铜等级结构材料的多孔结构有密切的关系，其孔道的尺寸在10～30 nm之间。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步说明。本专利技术的保护范围不仅局限于下列内容的表述。图1为本专利技术的氧化铜等级结构材料SEM图。图2为本专利技术的氧化铜等级结构材料SEM图。图3为本专利技术的氧化铜等级结构材料SEM图。图4为本专利技术的氧化铜等级结构材料SEM图。图5为本专利技术的氧化铜等级结构材料SEM图。图6为本专利技术的氧化铜等级结构材料SEM图。图7为本专利技术的氧化铜等级结构材料X射线衍射图。具体实施方式本专利技术设计出一种化学制备方法，通过新的化学途径制备氧化铜等级结构材料，其特征在于，向草酸水溶液中添加矿化剂，然后滴加可溶性铜盐水溶液，在恒温并且搅拌的条件下反应直到前驱物沉淀生成，过滤、洗涤、干燥和煅烧后即得目的产物，本专利技术具体的制备步骤是。（1）向草酸水溶液中添加矿化剂，然后滴加可溶性铜盐水溶液，草酸水溶液的摩尔浓度为0.1～1.0 mol/L；矿化剂为硝酸铁或氯化铁的一种或其混合物，矿化剂和草酸的摩尔比为1:10～50；可溶性铜盐为硝酸铜或氯化铜的一种或其混合物，其摩尔浓度为0.1～1.0 mol/L；铜盐和草酸的摩尔比为1:5～50；滴加溶液的速度为60～180滴/分钟。（2）将得到混和溶液在恒温并且搅拌的条件下反应直到前驱物沉淀生成，恒温在20～30 °C；搅拌速度在100～150 转/分钟；搅拌反应时间为10～30分钟。（3）将生成的前驱物沉淀过滤并且洗涤，洗涤液体为甲醇水混合溶液（体积比是1:1），洗涤次数为10次。（4）将洗涤过的沉淀干燥后，再进行煅烧，干燥时间为1～3小时，干燥温度为60～100 °C，升温速率为2～10 °C/分钟；煅烧时间为2～5小时，煅烧温度为400～600 °C，升温速率为2～20 °C/分钟。（5）利用所制备的氧化铜纳米材料作为光催化剂（0.1g/L），降解10 mg/L的甲基橙溶液。光催化实验中所用光源为300W氙灯。照射之前，含有催化材料的甲基橙溶液在黑暗中搅拌30分钟，达到吸附平衡后进行光照。用分光光度计测定甲基橙染料浓度变化。参见图1～6所示，为本专利技术的氧化铜等级结构材料SEM图，可以看出产物是由大量的氧化铜纳米粒子组装而成的球状等级结构材料。球状的尺寸在1～2 mm之间，氧化铜纳米粒子的尺寸在40～60 nm之间，其孔道的尺寸在10～30 nm之间。图7为本专利技术的氧化铜等级结构材料X射线衍射图，PDF卡号为：48-1548。实施例1。向草酸水溶液添加矿化剂硝酸铁，形成透明的混合溶液，在恒温30 °C并且搅拌速度为150转/分钟的条件下，把硝酸铜水溶液滴加至上述透明的混合溶液中。硝酸铜水溶液的摩尔浓度为0.1 mol/L，草酸水溶液的摩尔浓度为0.5 mol/L。硝酸铁和草酸的摩尔比为1：50；硝酸铜和草酸的摩尔比为1：10。滴加硝酸铜溶液的速度为120滴/分钟, 搅拌反应时间为30分钟，反应结束后，过滤并且洗涤，洗涤液体为甲醇水混合溶液（体积比是1:1），洗涤次数为10次。然后后干燥，干燥时间为3小时，干燥温度为100°C，升温速率为10 °C/分钟。接续在马弗炉中进行煅烧，煅烧温度为600 °C，煅烧时间为5 h，升温速率为10 °C/分钟。自然冷却后，即得到目的产物。产品是由大量的氧化铜纳米粒子组装而成的球状等级结构材料。球状的尺寸为2 mm，氧化铜纳米粒子的尺寸为40 nm，其孔道尺寸为10 nm本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化铜球形等级结构材料的制备方法，其特征在于，向草酸水溶液中添加矿化剂，然后滴加可溶性铜盐水溶液，在恒温并且搅拌的条件下反应直到前驱物沉淀生成，过滤、洗涤、干燥和煅烧后即得目的产物。

【技术特征摘要】
1.一种氧化铜球形等级结构材料的制备方法，其特征在于，向草酸水溶液中添加矿化剂，然后滴加可溶性铜盐水溶液，在恒温并且搅拌的条件下反应直到前驱物沉淀生成，过滤、洗涤、干燥和煅烧后即得目的产物。2.根据权利要求1所述的氧化铜等级结构材料的制备方法，其特征在于：所述草酸水溶液的摩尔浓度为0.1～1.0 mol/L；所述矿化剂为硝酸铁或氯化铁的一种或其混合物，矿化剂和草酸的摩尔比为1:10～50。3.根据权利要求2所述的氧化铜等级结构材料的制备方法，其特征在于：所述可溶性铜盐为硝酸铜或氯化铜的一种或其混合物，其摩尔浓度为0.1～1.0 mol/L；可溶性铜盐和草酸的摩尔比为1:5～50。4.根据权利要求3所述的氧化铜等级...

【专利技术属性】
技术研发人员：张杰，许家胜，
申请(专利权)人：渤海大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21