一种3DCo-MOF/Cu@Cu空气消毒纳米复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种3D Co

【技术实现步骤摘要】
一种3D Co
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MOF/Cu@Cu空气消毒纳米复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种在低能耗下实现高效消毒的新型环保空气消毒复合材料及其制备方法，属于空气消毒及纳米复合材料


技术介绍

[0002]空气是人类必需的物质。现如今空气污染日趋严重，空气质量的恶化将严重影响人类健康。空气中的细颗粒物和生物气溶胶容易在空气中扩散并且悬浮很长一段时间，对人类生命构成极大威胁。同时人们在室内呆的时间越来越长，对空气质量的要求也变得越来越高，如何实现低能耗、高效率的空气消毒处理成为亟待解决的问题。
[0003]目前，常用的空气净化技术主要有静电除尘、冷等离子体、湿法洗涤、旋风空气过滤（文丘里管）和物理过滤器（玻璃纤维、熔喷纤维、纺粘纤维和陶瓷过滤器）。其中物理空气过滤技术易于操作、成本低且易于去除空气中的颗粒物，因此该领域的研究日益增多。但是物理处理方法对空气中的细菌仅仅起到拦截的作用，并不能杀灭细菌，长时间运行后仍然会造成严重的污染，增加人们的患病风险。
[0004]为解决传统空气杀菌技术的弊端，需要不断研究和探索新型材料和技术以满足实际应用的需求。随着催化技术的快速发展，在杀菌领域也有越来越多的研究。其中空气杀菌过滤器大多是光催化技术，但是处理效率低、成本高，并且杀菌条件要求高，需要一定的光照处理时间才能达到较好的杀菌效果，所以难以投入实际应用。而电催化技术以其污染小、能量利用率高、可控性强等优点在杀菌领域也逐渐受到研究者的关注。电催化杀菌技术主要研究电穿孔杀菌，电穿孔杀菌可以实现瞬时杀菌，细胞实现电穿孔需要施加一个极高的外电压（10
3 V~10
6 V），这也带来了高能耗以及安全性隐患问题。David T. Schoen等人发现了纳米线的尖端放电效应，能在纳米线尖端的局部区域形成高压，在20V的外加电压下实现了细菌的灭活。随后在水体杀菌中有较多的研究，杀菌机理主要依靠一维纳米线的尖端放电效应。中国专利CN110407302A，一种3D C_氧化亚铜
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AgNPs水消毒纳米复合材料，公开了一种以泡沫铜为基底，在铜表面原位生成氧化亚铜纳米线阵列及其纳米线表面包覆的一层镶嵌纳米银的碳膜的复合材料，以实现高效水体杀菌。
[0005]目前在空气杀菌方面，以光催化研究较多，而电催化杀菌技术在空气杀菌领域目前研究较少。光催化进行空气杀菌通常大约需要光照30min
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2h才可以达到较好的杀菌效果，耗时较长；电催化杀菌材料使用纳米线进行杀菌，由于纳米线机械稳定性不高，导致耐用性差，对于投入实际应用还有很大的挑战。

技术实现思路

[0006]针对传统电催化空气杀菌存在纳米线稳定性差的问题，本专利技术的目的是提供一种简单高效的3D Co
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MOF/Cu@Cu空气消毒纳米复合材料，并提供该材料的制备方法，以实现低压下高效的空气杀菌。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
本专利技术一方面提供了一种3D Co
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MOF/Cu@Cu空气消毒纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：（1）以铜网作为基底，通常需要对其进行表面预处理以除去材料表面的氧化物；（2）将预处理后的铜网置于碱性刻蚀液中进行刻蚀，在铜网表面原位生成针状氢氧化铜纳米线阵列结构；（3）将硝酸钴（Co(NO3)2·
6H2O）、对苯二甲酸（PTA）溶解在DMF、无水乙醇和去离子水的混合溶液中，将刻蚀后的铜网浸泡于其中，水热反应一段时间，使氢氧化铜纳米线生成氧化亚铜纳米线并且在氧化亚铜纳米线的表面包覆Co
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MOF/Cu@Cu纳米片。
[0008]进一步地，将步骤（3）所得样品冷却至室温后，清洗多遍，然后干燥得到三维纳米复合材料。所述步骤干燥温度为60℃，干燥12 h。
[0009]进一步地，步骤（1）所述的表面预处理方法为：酸洗去除表面氧化物质，用去离子水清洗，再用N2吹干。
[0010]进一步地，步骤（2）所述的碱性刻蚀液是氢氧化钠和过硫酸铵的水溶液，氢氧化钠和过硫酸铵的摩尔浓度比是（20~30）:1，氢氧化钠的浓度是2~3 M，刻蚀时间为5~20 min。
[0011]进一步地，步骤（3）所述Co(NO3)2·
6H2O与对苯二甲酸的摩尔比为 (5~15)：(3~10)。
[0012]进一步地，所述步骤（3）中，DMF、无水乙醇和去离子水的体积比为 (1~7) :10:10，通过加入DMF、无水乙醇和去离子水的量控制对苯二甲酸的浓度为1~5 m mol/L。
[0013]进一步地，所述步骤（3）中，水热反应条件是100℃~120℃下反应12h ~24h。
[0014]本专利技术的另一方面是提供了一种3D Co
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MOF/Cu@Cu空气消毒纳米复合材料，所述复合材料包括铜网基底，具有在铜网表面原位生长的氧化亚铜纳米线阵列，在所述氧化亚铜纳米线的表面包覆有Co
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MOF/Cu@Cu纳米片，Co和Cu在纳米片上均匀分布。
[0015]所述氧化亚铜纳米线长度15
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20 μm，纳米片约长2μm、宽0.5μm。
[0016]所述3D Co
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MOF/Cu@Cu空气消毒纳米复合材料可应用于流动空气杀菌消毒。
[0017]本专利技术通过化学刻蚀在铜网上生长氢氧化铜纳米线结构，并通过水热法在纳米线的表面包覆Co
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MOF/Cu@Cu的纳米片，通过在Co
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MOF结构上同时掺杂铜，将MOF纳米片包覆在纳米线表面，在增强纳米线的机械稳定性的同时，显著提高了材料的导电性和耐久性。将材料制备成两个过滤电极，在高的空气流速下对大肠杆菌有高效的杀菌性能，在外加电场的作用下，Co
‑
MOF/Cu@Cu纳米结构表面形成局部高压电场，电极处氧发生电化学还原反应，形成活性氧物种（ROS），同时材料表面的大量电荷干扰了细菌内部的电子传递，导致细菌内部产生活性氧物种
·
O2‑
，能够在低电压下实现瞬时高效的空气杀菌，可以实现在1.5m/s的空气流速下实现瞬时杀菌。
[0018]钴元素的加入，提高了材料的水稳定性，并且能够作为MOF纳米片的导向剂，在增强纳米线的机械稳定性的同时，还能增加材料的比表面面积和活性位点从而增强材料的导电性，并进一步提高材料的杀菌效率。
[0019]计时电位测量结果显示，Co
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MOF/Cu@Cu具有很小的电位降，表明本材料有良好的稳定性和耐久性。
附图说明
[0020]图1是实施例1中铜网在碱刻蚀处理后的Cu(OH)2（a1, a2）的微观形貌图及Co
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MOF/Cu@Cu纳米复合材料（b1, b2）的微观形貌图和mapping图。
[0021]图2是实施例1中Co
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MOF/Cu@Cu纳米复合材料本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种3D Co
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MOF/Cu@Cu空气消毒纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）以铜网作为基底；（2）将铜网置于碱性刻蚀液中进行刻蚀，在铜网表面原位生成针状氢氧化铜纳米线阵列结构；（3）将Co(NO3)2·
6H2O、对苯二甲酸溶解在DMF、无水乙醇和去离子水的混合溶液中，将刻蚀后的铜网浸泡于其中，水热反应一段时间，使氢氧化铜纳米线生成氧化亚铜纳米线并且在氧化亚铜纳米线的表面包覆Co
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MOF/Cu@Cu纳米片。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述的碱性刻蚀液是氢氧化钠和过硫酸铵的水溶液，氢氧化钠和过硫酸铵的摩尔浓度比是（20~30）:1，氢氧化钠的浓度是2~3 M，刻蚀时间为5~20 min。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述Co(NO3)2·
6H2O与对苯二甲酸的摩尔比为(5~15)：(3~10)。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中，DMF、无水乙醇和去离子水的体积比为(1~7) :10:10，控制对苯二甲酸的浓...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈守刚，董丽婷，汪家昆，苟江琳，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：