一种基于除醛、抗菌的纳米级Cu2O-MnO2双金属氧化物的制备方法技术

一种基于除醛、抗菌的纳米级Cu2O

【技术实现步骤摘要】
一种基于除醛、抗菌的纳米级Cu2O
‑
MnO2双金属氧化物的制备方法


[0001]本专利技术属于复合材料
，具体涉及一种基于除醛、抗菌的纳米级Cu2O
‑
MnO2双金属氧化物的制备方法。

技术介绍

[0002]随着科学技术的发展与社会的进步，人们对室内环境的空气质量问题给予了更多的关注与重视。室内空气环境受限于装修技术与整体空间的密闭性，造成各类气态污染物的释放与微生物的增生，由此带来了一系列的家居舒适度与健康问题。据调查表明，室内空气污染源一般可分为二类：化学污染、生物污染。其中化学污染主要是由室内挥发性有机物的释放造成的，挥发性有机物主要为房屋建材、家具、涂料等装饰材料所释放的醛类、苯类、氨类等，其中甲醛(HCHO)具有强烈的刺激性，长期处于低浓度HCHO环境中容易引起慢性呼吸道疾病，诱发各类癌症，并且对人体的中枢神经产生极大的危害。生物污染主要是由室内细菌、病毒所引起的污染。在适宜的温湿度条件下，室内微生物数量会呈指数及增生。并且由于其个体小、分布广泛、繁殖迅速、变异能力强等特点，室内微生物是引起各类传染病传播的直接途径。
[0003]目前，室内HCHO的控制策略主要包括通风换气和物理吸附等，其中通风换气对通风时间和风速有要求，而且该过程只是对HCHO进行稀释作用。物理吸附具有成本低、短时间除醛效率高等优点，但是存在易脱附形成二次污染、吸附容量有限等缺点。相较于上述HCHO控制策略，催化氧化法作为一种末端控制技术可以让HCHO与空气中的O2发生氧化还原反应生成游离态的CO2和H2O，具有降解效率高、成本低、无有毒副产物等优势，催化氧化法又分过渡金属催化氧化和光催化氧化这几类，其中二氧化锰(MnO2)材料作为最具潜力的过渡族金属氧化物之一，其丰富的价态(Mn
2+
、Mn
3+
、Mn
4+
)、形貌结构简易可调(纳米线、棒、花)、低催化反应能垒可以对室内空气环境中的HCHO污染起到遏制和分解的作用。此外，单一成分的氧化亚铜(Cu2O)自身并没有降解HCHO的能力，但它作为一种P型半导体光催化材料，其禁带宽度为2.17eV，在可见光的激发下可以促使空气中的H2O和O2解离为具有极强氧化还原性的羟基自由基(
·
OH)超氧阴离子(
·
O2‑
)，能与催化剂表面上的HCHO分子生成对环境无害的CO2和H2O。并且随着细菌病毒的传播，流感病毒肆虐全球，Cu2O也可作为一种抗菌剂应用于杀菌抗病毒领域，可以通过与细菌接触释放铜离子，与DNA、RNA、酶蛋白等阴离子生物分子相互作用抑制细菌活性，也可有效的灭活SARS
‑
CoV
‑
2病毒
[1]。然而，由于目前室内空气污染物成分复杂，单纯的依靠一种空气净化材料对室内污染物进行处理，净化效率是难以让人满意的，因此以多种材料进行复合不同净化技术进行联合的复合净化材料有着优异的发展前景，其中构筑MnO2为基底复合新型光催化剂Cu2O的双金属氧化物室内空气净化材料，实现室内除醛、抗菌双功效净化作用有着广阔的应用前景。当前，Tik Ouiram等
[2]使用单步回流法合成得到了Cu2O
‑
MnO2粉末，其制备的双金属氧化物存在比表面积低、易团聚、晶粒尺寸大、原子利用率低等问题，而在HCHO催化氧化过程中需要催化剂具有大的比表面积吸附空气中
的HCHO，而Cu2O作为第二相若团聚其上会进一步阻碍活性位点降低催化效率；此外，在抗菌过程中也需要抗菌剂具有高分散度、小晶粒尺寸，这样Cu2O暴露的比表面积越大，与细菌接触后越容易释放Cu
+
杀灭细菌。所以，如何制备大面积MnO2负载型催化剂并促使Cu2O第二相以纳米尺度均匀分散其上实现一种室内除醛、抗菌双功效作用的双金属氧化物是目前所面临的主要问题。
[0004][1]Saeed Behzadinasab,Myra D.Williams,Mohsen Hosseini,et al.Transparent and Sprayable Surface Coatings that Kill Drug
‑
Resistant Bacteria Within Minutes and Inactivate SARS
‑
CoV
‑
2 Virus[J].ACS applied materials&interfaces,2021,13(46):54706
‑
54714.
[0005][2]Tik Ouiram,Chochanon Moonla,Anchana Preechaworapun,et al.Enzyme
‑
free Cu2O@MnO2/GCE for Hydrogen Peroxide Sensing[J].Electroanalysis,2019,31(7):1356
‑
1362.

技术实现思路

[0006]目前Cu2O
‑
MnO2复合材料的制备过程中，Cu2O无法做到～10nm尺度的生长并保持分散均匀。本专利技术通过聚乙二醇+电化学沉积原位生长，创新性的构筑出Cu2O
‑
MnO2‑
CC双金属氧化物复合材料，其中Cu2O晶粒尺寸～10nm并且均匀分布。本专利技术所制备的复合材料可以实现除醛、抗菌双功效作用，可以广泛应用于空气净化器、空调等设备上，原材料简单易得、价格低廉适应于大规模生产。本专利技术所制备的复合材料也可进一步扩展于其他污染物气体的去除领域(如一氧化碳、甲苯、臭氧)。
[0007]本专利技术提供了一种基于除醛、抗菌纳米级Cu2O
‑
MnO2双金属氧化物的制备方法，该方法可以有效解决Cu2O纳米级均匀分散的问题，并且实现了室内除醛、抗菌双功效作用，为后续复合净化材料的制备及协同应用提供了一种新的思路。
[0008]为了解决上述问题，本专利技术的一种基于除醛、抗菌的Cu2O
‑
MnO2双金属氧化物的制备方法，包括以下步骤：
[0009]步骤1，先对导电碳布做亲水性预处理；
[0010]步骤2，将MnO2负载于导电碳纤维表面；
[0011]步骤3，引入聚乙二醇表面活性剂分散Cu2O于MnO2表面。
[0012]步骤1：优选的，先对导电碳布做亲水性预处理，具体为：将导电碳纤维编制的碳布(CCs)(裁剪为10
×
10cm2(约1.8g))，利用无水乙醇和去离子水依次冲洗并置于真空干燥箱60℃烘干干燥，完全干燥后，将碳布(CCs)置于H2SO4与HNO3混合溶液中，优选10mol/L的H2SO4与8mol/L的HNO3体积比为4：1，在60℃下水浴处理30min，然后用去离子水洗涤直至PH值为7，随后置于真空干燥箱80℃烘干3h即可完成CCs的亲水性处理。亲水处理对CCs形貌无明本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于除醛、抗菌的Cu2O
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MnO2双金属氧化物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，先对导电碳布做亲水性预处理；步骤2，将MnO2负载于导电碳纤维表面；步骤3，引入聚乙二醇表面活性剂分散Cu2O于MnO2表面。2.按照权利要求1所述的一种基于除醛、抗菌的Cu2O
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MnO2双金属氧化物的制备方法，其特征在于，步骤1：先对导电碳布做亲水性预处理，具体为：将导电碳纤维编制的碳布(CCs)，利用无水乙醇和去离子水依次冲洗并置于真空干燥箱烘干干燥，完全干燥后，将碳布(CCs)置于H2SO4与HNO3混合溶液中，在60℃下水浴处理30min，然后用去离子水洗涤直至PH值为7，随后置于真空干燥箱烘即可完成CCs的亲水性处理。亲水处理对CCs形貌无明显的影响，但可增强CCs与水系电解液的充分接触，有利于调控负载物在CCs基底上的均匀生长。3.按照权利要求2所述的一种基于除醛、抗菌的Cu2O
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MnO2双金属氧化物的制备方法，其特征在于，H2SO4与HNO3混合溶液采用10mol/L的H2SO4与8mol/L的HNO3体积比为4：1。4.按照权利要求1所述的一种基于除醛、抗菌的Cu2O
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MnO2双金属氧化物的制备方法，其特征在于，步骤2：先将MnO2负载于导电碳纤维表面，具体为：利用电化学沉积电场增强MnO4‑
与碳纤维发生氧化还原原位生长MnO2形成MnO2‑
CCs复合材料；通常，将配置KMnO4水溶液作为电解液，然后将亲水性预处理过的CCs固定于聚四氟乙烯框架内。以CCs作为阳极，Pt片作为阴极，随后将电极浸泡于KMnO4电解液中，采用外加直流电源形成电场促进MnO4
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加速迁移至阳极表面与CCs发生氧化还原反应原位生长MnO2；设置沉积电压为5V
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12V，沉积时间为60min，控制水浴温度80℃。沉积结束后将CCs取出用去离子水充分洗涤放置于真空干燥箱内设置110℃退火12h即可得到MnO2‑
CCs复合材料。5.按照权利要求4所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩昌报，张浩，赵文康，郑嘉煜，严辉，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：