一种基于铜切割废料回收制备光催化剂Cu2O的方法技术

一种基于铜切割废料回收制备光催化剂Cu2O的方法，属于熔盐溶剂化反应、光催化技术领域。该方法对铜切割废料充分氧化，将铜切割废料表面残留的油渍去除并得到氧化铜，将熔盐熔化，在氩气氛围下加入制备的氧化铜，恒温静置一段时间后降温，加水溶解熔盐，离心，反复清洗后烘干，即得到纳米Cu2O光催化剂。将纳米Cu2O光催化剂用于有机染料的降解。其对甲基橙或亚甲基蓝有很好的降解作用。采用本方法从铜切割废料中制备Cu2O光催化剂具有成本低、工艺流程简单、高效和环境友好的优点，且光降解有机染料过程产物只有CO2和O2，不会对环境造成污染。

A method for preparation of photocatalyst Cu2O based on copper cutting waste recycling

【技术实现步骤摘要】
一种基于铜切割废料回收制备光催化剂Cu2O的方法
本专利技术涉及熔盐溶剂化反应、光催化
，具体涉及一种基于铜切割废料回收制备光催化剂Cu2O的方法。
技术介绍
在纺织工业的纺织品湿法加工过程中，世界范围内产生了大量的染料。(20世纪80年代每年超过70万吨)直接向海洋或河流排放未经处理的染料造成严重的环境污染，特别是在欠发达国家和发展中国家。光催化作为一种绿色化学技术，由于其具有良好的处理效果，在去除废水中的染料方面表现出良好的效果。含染料废水的光催化处理可将染料分子降解为CO2和H2O，不产生污泥，减少臭味。目前，光催化剂以ZrO2、TiO2和NiO为主，其均表现出优异的电化学性能，然而，这些过渡金属氧化物存在成本高、太阳能利用率低、稳定性差等主要缺点。而同样为过渡金属氧化物的Cu2O也具有吸附和光降解能力，可以对染料进行直接的光降解。氧化亚铜(Cu2O)是一种典型的p型半导体，是近几十年来研究最多的二元过渡金属氧化物晶体之一。Cu2O晶体除具有成本低、丰富、易于合成等优点外，还因其具有多种功能的物理化学特性而引起了广泛的研究兴趣。特别是Cu2O在能量转换、催化剂、传感器、化学模板等领域的令人振奋的进展，有力地刺激了Cu2O的快速发展。目前制备Cu2O的方法主要有电化学法、水热法、气相法、溶剂热法、沉淀法等，这些方法虽然可以制备出Cu2O颗粒，但是都存在诸多缺陷。例如气相法、溶剂热法和水热法需要的设备昂贵，导致成本高；电化学法存在浪费资源及安全问题；沉淀法所需原料庞大，使得过程较为复杂。且这些方法使用的前驱体均为工业制备的铜盐，工艺复杂。近年随着金属铜用量的增加，铜的切割废料也日益增加，但目前同切割废料的处理方式采用火法冶炼技术，即将铜废料重熔铸锭，工艺复杂，且能耗高。而利用高温熔盐可以有效的回收铜切割废料，使废品得到利用，工艺成本低、流程简单、耗时短并且环境友好。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于铜切割废料回收制备光催化剂Cu2O的方法，主要是利用高温熔盐回收铜切割废料并制备Cu2O光催化剂，该Cu2O光催化剂能够降解有机染料。其方法是对铜切割废料充分氧化，将铜切割废料表面残留的油渍去除并得到氧化铜，将熔盐熔化，在氩气氛围下加入制备的氧化铜，恒温静置一段时间后降温，加水溶解熔盐，离心，反复清洗后烘干，即得到纳米Cu2O光催化剂。将纳米Cu2O光催化剂用于有机染料的降解。其对甲基橙或亚甲基蓝有很好的降解作用。采用本专利技术的方法从铜切割废料中制备Cu2O光催化剂具有成本低、工艺流程简单、高效和环境友好的优点，且光降解有机染料过程产物只有CO2和O2，不会对环境造成污染。本专利技术的一种基于铜切割废料回收制备光催化剂Cu2O的方法，包括以下步骤：步骤1：熔盐原料的预处理将熔盐原料粉末置于马弗炉中，密封，真空干燥脱水，随炉冷却至室温，得到脱水后的熔盐；所述的熔盐为氯化盐、碳酸盐或硝酸盐中的一种或几种；步骤2：铜切割废料的预处理将铜切割废料的置于马弗炉中，在空气中，加热至900～1200℃，优选为1000℃，恒温氧化至铜切割废料充分氧化，随炉降至室温，除去铜切割废料表面残留的油渍并得到氧化铜粉末；步骤3：高温熔盐法反应(1)将脱水后的熔盐原料，置于清洗烘干后的坩埚中，将坩埚置于清洗烘干后的反应器中，密封；(2)将密封后的反应器置于马弗炉中，真空状态下，升温至200～500℃，保温3～5h，通入氩气作为保护气体，继续升温至相应的熔盐熔化温度，得到熔融状态的熔盐体系；(3)将氧化铜粉末加入熔融状态的熔盐体系中，在实验温度下，恒温静置1～3h，降至室温，得到Cu2O的熔盐体系；其中，氧化铜粉末的加入量为熔盐体系总质量的1％～10％；所述的实验温度比熔融状态的熔盐体系的温度高0℃～400℃；(4)将坩埚取出，向Cu2O的熔盐体系加入去离子水，搅拌至熔盐完全溶解，得到氧化亚铜的悬浊液；步骤4：后处理(1)将氧化亚铜的悬浊液，离心，得到橙黄色粉末；(2)将橙黄色粉末，清洗、干燥、封装，得到Cu2O光催化剂。所述的步骤1中，真空干燥脱水，其工艺为：升温至200～500℃，恒温10～15h，升温速率为2～5℃/min。所述的步骤1中，所述的熔盐原料粉末的粒径≤2mm。所述的步骤1中，当熔盐为氯化盐时，优选为CaCl2，或CaCl2和NaCl的混合盐，按摩尔比，NaCl：CaCl2＝(0.4～0.5)：(0.5～0.6)，优选为0.479：0.521。所述的步骤2中，所述的充分氧化时间为10～15h。所述的步骤3的(1)中，所述的清洗烘干，具体为用清水反复清洗后自然晾干，在放置马弗炉中加热至100℃～120℃，加热速率为2～3℃/min，并恒温20～60min。所述的步骤3的(2)中，作为优选，真空状态下，先升温至300℃，保温4h，目的在于将称量时熔盐所吸的水去除，升温速率为3～10℃/min，优选为5℃/min。所述的步骤3的(2)中，所述的继续升温至相应的熔盐熔化温度，升温速率为2～5℃/min，优选为3℃/min。所述的步骤3的(2)中，通入氩气作为保护气体，氩气流速为80～150mL/min，优选为100mL/min。所述的步骤3的(3)中，当熔盐体系为CaCl2时，实验温度为750～950℃；当熔盐体系为CaCl2和NaCl的混合盐时，实验温度为580～900℃。所述的步骤3的(3)中，所述的氧化铜粉末采用石英管投入到熔融状态的熔盐体系中，放置过程中，将氩气关掉，放置结束后，再次通入氩气。所述的步骤3的(3)中，降至室温，降温速率为3～8℃/min，优选为5℃/min。所述的步骤3的(4)中，所述的搅拌优选为磁力搅拌。所述的步骤3的(4)中，氧化亚铜的悬浊液中，按固液比，熔盐体系：水＝(101～110)g：500mL。所述步骤4的(1)中，所述的离心，离心转速为4000～12000转/min，优选为8000转/min，离心时间为5-20min。所述的步骤4的(2)中，所述的清洗，为加入去离子水清洗，清洗液进行离心去除，离心转速为4000～12000转/min，优选为8000转/min，离心时间为5-20min。所述的步骤4的(2)中，所述的干燥为真空干燥。本专利技术的一种基于铜切割废料回收制备的光催化剂Cu2O，采用上述制备方法制得。所述的铜切割废料回收制备的光催化剂Cu2O，颗粒尺寸为＜2μm，具有更高的光催化活性，高达97.6％。本专利技术的一种铜切割废料回收制备的光催化剂Cu2O的应用，为作为Cu2O光催化剂用于降解有机染料，其使用方法为：将用铜切割废料回收制备的光催化剂Cu2O放入含有有机染料的污水中，达吸附-解吸平衡后，在光照并搅拌的条件下进行降解，直至污水澄清；其中，有机染料在污水中的质量浓度为5mg-30mg/L，Cu2O光催化剂的加入量为0.01-2mg/mL。所述的铜切割废料回收制备的光催化剂Cu2O，用于降解有机染料的降解率的测定方法为：步骤I：在黑暗中，将Cu2O光催化剂均匀分散在甲基橙、亚甲基蓝或其他有机染料的水溶液中，形成悬浮液，其中，甲基橙、亚甲基蓝或其他有机染料的质量浓度为5mg-30mg/L，Cu2O光催化剂的加入量为0.01-2mg/mL；步骤II：在黑暗中，搅拌0～0.5本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于铜切割废料回收制备光催化剂Cu2O的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：熔盐原料的预处理将熔盐原料粉末置于马弗炉中，密封，真空干燥脱水，随炉冷却至室温，得到脱水后的熔盐；所述的熔盐为氯化盐、碳酸盐或硝酸盐中的一种或几种；步骤2：铜切割废料的预处理将铜切割废料的置于马弗炉中，在空气中，加热至900～1200℃，恒温氧化至铜切割废料充分氧化，随炉降至室温，除去铜切割废料表面残留的油渍并得到氧化铜粉末；步骤3：高温熔盐法反应(1)将脱水后的熔盐原料，置于清洗烘干后的坩埚中，将坩埚置于清洗烘干后的反应器中，密封；(2)将密封后的反应器置于马弗炉中，真空状态下，升温至200～500℃，保温3～5h，通入氩气作为保护气体，继续升温至相应的熔盐熔化温度，得到熔融状态的熔盐体系；(3)将氧化铜粉末加入熔融状态的熔盐体系中，在实验温度下，恒温静置1～3h，降至室温，得到Cu2O的熔盐体系；其中，氧化铜粉末的加入量为熔盐体系总质量的1％～10％；所述的实验温度比熔融状态的熔盐体系的温度高0℃～400℃；(4)将坩埚取出，向Cu2O的熔盐体系加入去离子水，搅拌至熔盐完全溶解，得到氧化亚铜的悬浊液；步骤4：后处理(1)将氧化亚铜的悬浊液，离心，得到橙黄色粉末；(2)将橙黄色粉末，清洗、干燥、封装，得到Cu2O光催化剂。...

【技术特征摘要】
1.一种基于铜切割废料回收制备光催化剂Cu2O的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：熔盐原料的预处理将熔盐原料粉末置于马弗炉中，密封，真空干燥脱水，随炉冷却至室温，得到脱水后的熔盐；所述的熔盐为氯化盐、碳酸盐或硝酸盐中的一种或几种；步骤2：铜切割废料的预处理将铜切割废料的置于马弗炉中，在空气中，加热至900～1200℃，恒温氧化至铜切割废料充分氧化，随炉降至室温，除去铜切割废料表面残留的油渍并得到氧化铜粉末；步骤3：高温熔盐法反应(1)将脱水后的熔盐原料，置于清洗烘干后的坩埚中，将坩埚置于清洗烘干后的反应器中，密封；(2)将密封后的反应器置于马弗炉中，真空状态下，升温至200～500℃，保温3～5h，通入氩气作为保护气体，继续升温至相应的熔盐熔化温度，得到熔融状态的熔盐体系；(3)将氧化铜粉末加入熔融状态的熔盐体系中，在实验温度下，恒温静置1～3h，降至室温，得到Cu2O的熔盐体系；其中，氧化铜粉末的加入量为熔盐体系总质量的1％～10％；所述的实验温度比熔融状态的熔盐体系的温度高0℃～400℃；(4)将坩埚取出，向Cu2O的熔盐体系加入去离子水，搅拌至熔盐完全溶解，得到氧化亚铜的悬浊液；步骤4：后处理(1)将氧化亚铜的悬浊液，离心，得到橙黄色粉末；(2)将橙黄色粉末，清洗、干燥、封装，得到Cu2O光催化剂。2.如权利要求1所述的基于铜切割废料回收制备光催化剂Cu2O的方法，其特征在于，所述的步骤1中，真空干燥脱水，其工艺为：升温至200～500℃，恒温10～15h，升温速率为2～5℃/min。3.如权利要求1所述的基于铜切割废料回收制备光催化剂Cu2O的方法，其特征在于，所述的步骤1中，所述的熔盐原料粉末的粒径≤2mm；当熔盐为氯化盐时，为CaCl2，或CaCl2和NaCl的混合盐，按摩尔比，NaCl：CaCl2＝(0.4～0.5)：(0.5～0.6)。4.如权利要求1所述的基于铜切割废料回收制备光催化剂Cu2O的方法，其特征在于，所述的步骤3的(1)中，所述的清洗烘干，具体为用清水反复清洗后自然晾干，在放置马弗炉中加热至100℃～120℃，加热速率为2～3℃/min，并恒温20～60min。5.如权利要求1所述的基于铜切割废料回收制备光催化剂Cu2O的方法，其特征在于，所述的步骤3的(2)中，通入氩气作为保护气体，氩气流速为80～150mL/min。6.如权利要求1所述的基于铜切割废料回收制备光催化剂Cu2O的方法，其特征在于，所述的步骤3的(3)中，当熔盐体系为CaCl2时，实验温度为750～950℃；当熔盐体系为CaCl2和NaCl的混合盐时，实验温度为580～90...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹华意，周风银，赵海佳，谢宏伟，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21