一种纳米多孔氧化铜及其制备方法和在垃圾臭气中的应用技术

本发明专利技术涉及一种纳米多孔氧化铜及其制备方法和在垃圾臭气中的应用，包括如下步骤：将有机铜盐与芳烃溶剂于60℃～80℃下搅拌，混合后形成第一混合液；将有机醇与水混合均匀形成第二混合液，将所述第二混合液加入所述第一混合液，搅拌下，加热反应，然后蒸干，得到前驱体；所述芳烃溶剂为苯、甲苯、二甲苯、乙苯中的至少一种；将所述前驱体进行煅烧制得纳米多孔氧化铜。本发明专利技术方法制得纳米多孔氧化铜具有一定亲油性，应用于垃圾臭气中对含硫有机化合物具有较好的吸附去除效果，吸附去除率达95％以上。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米多孔氧化铜及其制备方法和在垃圾臭气中的应用
本专利技术涉及吸附材料
，具体涉及一种纳米多孔氧化铜及其制备方法和在垃圾臭气中的应用。
技术介绍
垃圾臭气产生的气味与垃圾组分、堆放天数、厌氧发酵、好氧发酵以及气候都有很大关系。垃圾在厌氧发酵过程中会产生大量的填埋气，其组分通常为50％～70％左右的甲烷，30％～50％左右的二氧化碳，以及1％左右的微量组分，而垃圾臭气就是由这1％的微量组分中的某些物质引起的。这些微量组分包括有机化合物和无机化合物，种类繁多而浓度极低，垃圾填埋场能够检出的物质可达一百多种，浓度在ppm或ppb级。微量组分的物质包括：含硫化合物(硫化氢、硫醇、硫醚等)、含氧化合物(醇、醛、酮、酯等)、烷烃、烯烃、卤代烃、萜烯、芳香烃以及氨气等。其中含硫化合物以及含氧化合物由于嗅阈值较低而浓度相对较高，往往会导致垃圾产生严重的恶臭。我国目前的恶臭污染物排放标准中规定的物质有8种，包括氨气、三甲胺、硫化氢、甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫醚、二硫化碳和苯乙烯。所以有效消除垃圾臭气中该类含硫化合物可以提高环境质量，解决易腐垃圾臭气处理问题。多孔氧化铜纳米材料具有一定的吸附性能，其合成技术发展较快，其性能优越且可靠。该类材料在催化、建筑、光电、环保等领域的应用广泛，拥有巨大的商业价值。近年来，已经研发出了多种制备氧化铜纳米材料的物理方法和化学方法，如共沉淀法，溶剂热法，氧化法，多孔前驱物煅烧法等。由于上述制备工艺均存在一定的缺陷，如湿化学法制备氧化铜造成水中铜离子残留，后处理困难。多孔前驱物煅烧法，其前驱物制备成本较高。氧化法制备CuO中有单质铜残留，且比表面积较低。针对垃圾臭气中存在的二甲硫醚、甲硫醇、苯硫醚等含硫有机化合物的特性，常规方法制备的多孔氧化铜效果很差。所以急需开发一种针对垃圾臭气中存在的含硫有机化合物具有较好吸附效果的纳米多孔氧化铜材料。
技术实现思路
为了解决现有技术制备的多孔氧化铜对垃圾臭气中含硫化合物的吸附效果差的技术问题，而提供一种纳米多孔氧化铜及其制备方法和在垃圾臭气中的应用。本专利技术制得多孔氧化铜具有亲油性，应用于垃圾臭气中对含硫有机化合物具有较好的吸附去除效果。为例达到以上目的，本专利技术通过以下技术方案实现：一种纳米多孔氧化铜的制备方法，包括如下步骤：(1)将有机铜盐与芳烃溶剂于60℃～80℃下搅拌，混合后形成第一混合液；将有机醇与水混合均匀形成第二混合液，将所述第二混合液加入所述第一混合液，搅拌下，加热反应，然后蒸干，得到前驱体；所述芳烃溶剂为苯、甲苯、二甲苯、乙苯中的至少一种；(2)将所述前驱体进行煅烧制得纳米多孔氧化铜。步骤1中有机铜盐中与芳烃溶剂在加热搅拌条件下形成悬浊液或者均一的混合液，加入醇和水后，有机铜盐水解电离出的铜离子与芳烃溶剂的苯环产生静电作用力和p-π作用力，使铜盐在该反应体系下具有较好的分散性；选择芳烃溶剂来作为溶剂是为了保证目标产物氧化铝具有一定的亲油性质，而且还能有效降低步骤2中煅烧的温度，节约能耗。进一步地，步骤(1)中所述有机铜盐为乙酸铜、乙酰丙酮铜、8-羟基喹啉铜中的至少一种。进一步地，步骤(1)中所述有机醇为乙醇、异丙醇、丁醇、苯甲醇中的至少一种。进一步地，步骤(1)中所述加热反应的温度为80℃～120℃、时间为2h～4h；所述搅拌的速度为500rpm～2000rpm。进一步地，步骤(1)中所述第一混合液中所述有机铜盐与所述芳烃溶剂的质量比为(2-4):(4-8)；所述第二混合液中所述有机醇与所述水的体积比为(5-10):(0.5-10)；所述第一混合液与所述第二混合液的质量体积比为(3-6)g:(0.25-1)mL。进一步地，步骤(1)中所述蒸干的温度为90℃～100℃、时间为6h～10h。蒸干温度越高，那么蒸干溶剂的时间越短，则溶剂的蒸发速率越快，前驱体固体的析出速率则越快，进而产生的固体颗粒越小，使得最后形成的目标材料氧化铜的比表面积就越大。进一步地，步骤(2)中所述煅烧的过程是在1℃/min～10℃/min的升温速率下将温度升至300℃～700℃煅烧3h～10h。本专利技术另一方面提供一种由上述制备方法制得的纳米多孔氧化铜，所述氧化铜的比表面积在160m2/g以上，孔径分布为3nm～8nm。本专利技术最后一方面提供一种由上述方法制得的多孔氧化铜应用于吸附去除垃圾臭气中的含硫有机化合物，所述含硫有机化合物的吸附去除率大于95％。进一步地，所述含硫有机化合物为苯甲硫醚、二甲硫醚、甲硫醇中的至少一种。有益技术效果：本专利技术方法制得的多孔氧化铜无需外加模板，在煅烧过程中残留的少量芳烃分子在高温下结焦炭化充当模板剂作用，阻隔产物氧化铜具体进一步生长，本专利技术由于芳烃分子的存在，且制备过程所使用的原料均含有亲油性分子基团，与分子印迹和超分子自组装原理类似，所制备的纳米多孔氧化铜具有一定亲油性；将本专利技术方法制得的多孔氧化铜应用于垃圾臭气可将臭气中二甲硫醚、甲硫醇、苯甲硫醚高效吸附除去，吸附去除率高达95％以上，具有高效净化消减臭气作用，这可能是因为氧化铜的铜离子外层d轨道极易接受电子，与臭气中的S能够产生较强配位作用，因此CuO表面的缺电子结构位点非常容易吸收含硫的化合物；同时本专利技术方法制得的氧化铜表面有部分稠环烃结构具有一定亲油性，能够与硫化物中的烷基、苯环等形成较强的范德华力作用，增强吸附能力。另外，吸附饱和的多孔氧化铜可以采用再次高温煅烧进行解吸附，再生后的氧化铜对含硫有机化合物的吸附去除性能无明显降低。附图说明图1为实施例1～实施例4中制得纳米多孔氧化铜的X射线衍射图谱，其中a曲线代表实施例1制得的产物，b曲线代表实施例2的产物，c曲线代表实施例3制得的产物，d曲线代表实施例4的产物。图2为实施例1制得的纳米多孔氧化铜的透射电子显微镜图。图3为实施例1和实施例2制得的纳米多孔氧化铜的BET吸附曲线和孔径分布图。图4为实施例1制得的纳米多孔氧化铜的接触角图。具体实施方式下面将结合本专利技术的实施例和附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本专利技术及其应用或使用的任何限制。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的数值不限制本专利技术的范围。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定加入混合液，仅仅是为了便于对该步骤中混合得到的混合液进行区别，如没有另行声明，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米多孔氧化铜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)将有机铜盐与芳烃溶剂于60℃～80℃下搅拌，混合后形成第一混合液；将有机醇与水混合均匀形成第二混合液，将所述第二混合液加入所述第一混合液，搅拌下，加热反应，然后蒸干，得到前驱体；所述芳烃溶剂为苯、甲苯、二甲苯、乙苯中的至少一种；/n(2)将所述前驱体进行煅烧制得纳米多孔氧化铜。/n

【技术特征摘要】
1.一种纳米多孔氧化铜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将有机铜盐与芳烃溶剂于60℃～80℃下搅拌，混合后形成第一混合液；将有机醇与水混合均匀形成第二混合液，将所述第二混合液加入所述第一混合液，搅拌下，加热反应，然后蒸干，得到前驱体；所述芳烃溶剂为苯、甲苯、二甲苯、乙苯中的至少一种；
(2)将所述前驱体进行煅烧制得纳米多孔氧化铜。


2.根据权利要求1所述的一种纳米多孔氧化铜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述有机铜盐为乙酸铜、乙酰丙酮铜、8-羟基喹啉铜中的至少一种。


3.根据权利要求1所述的一种纳米多孔氧化铜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述有机醇为乙醇、异丙醇、丁醇、苯甲醇中的至少一种。


4.根据权利要求1所述的一种纳米多孔氧化铜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述加热反应的温度为80℃～120℃、时间为2h～4h；所述搅拌的速度为500rpm～2000rpm。


5.根据权利要求1所述的一种纳米多孔氧化铜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述第一混合液中所述有机铜盐与所述芳烃溶剂的质量比为(2...

【专利技术属性】
技术研发人员：张震威，乐传俊，魏雪姣，吴泽颖，邓瑶瑶，向梅，张微，
申请(专利权)人：常州工学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32