[發(fā)明專利]一種光催化劑Cu?CuO?MnO2及其制備方法和應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710197073.8
• 申請日: 2017-03-29
• 公開（公告）號(hào): CN106944091A
• 公開（公告）日: 2017-07-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王莉;李青彬;徐伏;曹云麗;馮云曉;張建紅
• 申請（專利權(quán)）人: 平頂山學(xué)院
• 主分類號(hào): B01J23/889
• 分類號(hào): B01J23/889;C02F1/30;C02F103/30;C02F101/38
• 代理公司: 西安銘澤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)61223
• 代理人: 潘宏偉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光催化劑技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種光催化劑Cu-CuO-MnO₂及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

染料廢水處理中，常用催化劑有均相體系催化劑和非均相粉狀催化劑，均相體系催化劑易損失，難以回收。粉狀催化劑易結(jié)塊，回收困難，催化劑流失易造成二次污染，并且，在H₂O₂氧化體系中，反應(yīng)產(chǎn)生大量氣泡，將粉狀催化劑吹到溶液表面，減少了催化劑與反應(yīng)物的接觸面積，從而降低降解速率。

過渡金屬氧化物粉狀催化劑對染料廢水具有獨(dú)特的催化性能，引起了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。如MnO₂、Mn₃O₄、Co₃O₄、TiO₂和CuO等，其中CuO和錳氧化物具有較高的催化活性，能催化過氧化氫分解產(chǎn)生羥基自由基，其具有較高的氧化電位，可以將大分子有機(jī)物降解為小分子有機(jī)物，甚至CO₂和H₂O₂。周凌云等以CuO-H₂O₂體系處理氧化活性艷紅X-3B，氧化率可高達(dá)99％。楊則恒等以KMnO₄為錳源，抗壞血酸為還原劑，通過水熱法合成的β-MnO₂納米棒，對H₂O₂氧化降解酸性品紅有良好的催化活性，反應(yīng)60min酸性品紅脫色率即達(dá)到97.6％。CuO和錳氧化物對有機(jī)污染物有較好的催化效果，然而，單純采用CuO或錳氧化物作為催化劑，存在易凝聚、難回收重復(fù)利用等不足。

李嘉等人用物理和化學(xué)兩種活化法對木棉基活性炭纖維進(jìn)行改性，制備了木棉基活性炭纖維負(fù)載的CuO復(fù)合催化劑，改善了CuO易凝聚、難回收重復(fù)利用的缺點(diǎn)。該催化劑對苯酚表現(xiàn)出較強(qiáng)的降解作用，但是該復(fù)合催化劑制備工藝如下，首先是對木棉纖維碳化、再進(jìn)行活化、然后再負(fù)載CuO，工藝流程復(fù)雜，活性炭對污染物的吸附能力較強(qiáng)，催化劑重復(fù)利用效率較低。

王娟等人以尿素作為沉淀劑，以氨基酸作為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，通過水熱法調(diào)控合成CuO-CeO₂納米線復(fù)合材料，研究表明CuO和CeO₂在催化氧化過程中的協(xié)同作用，是提高一氧化碳催化氧化活性的關(guān)鍵因素。CuO-CeO₂催化劑的活性與粒子尺寸，形貌等密切相關(guān)，其中一維的納米線結(jié)構(gòu)具有高的比表面積，提供更多的活性點(diǎn)位，容易形成氧空位，促進(jìn)晶格氧的遷移，表現(xiàn)出對一氧化碳良好的催化氧化效果，但是一維納米線材料顆粒較小，復(fù)合催化劑材料易損失。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明將催化活性組分氧化銅、錳氧化物負(fù)載到銅箔上，更好利用其協(xié)同作用，解決了粉狀催化劑易團(tuán)結(jié)，易流失的缺點(diǎn)，并且催化劑可以多次重復(fù)利用。

具體的，本發(fā)明提供的光催化劑Cu-CuO-MnO₂的制備方法，具體按照如下步驟實(shí)施：

S1：以銅箔為基體，打磨、清洗后，浸入堿性溶液中進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)40～60min，得到Cu-Cu(OH)₂，所述堿性溶液由10mol/LNaOH溶液、1mol/LNa₂S₂O₈、25％氨水、水按照體積比2：1～1.2：1～1.2：4～8的比例混合而成；

S2：將S1制得的Cu-Cu(OH)₂置于0.02～0.05mol/L KMnO₄溶液中進(jìn)行水熱反應(yīng)，水熱反應(yīng)條件為：110～130℃水熱反應(yīng)3～5h，反應(yīng)產(chǎn)物清洗、干燥后進(jìn)行高溫焙燒，高溫焙燒的條件為：240～350℃高溫焙燒2～4h，得到Cu-CuO-MnO₂。

優(yōu)選地，所述堿性溶液由10mol/LNaOH溶液、1mol/LNa₂S₂O₈、25％氨水、水按照體積比2：1：1：5的比例混合而成。

優(yōu)選地，S1中，所述銅箔豎直插入所述堿性溶液中。

優(yōu)選地，S2中，所述KMnO₄溶液的溶度為0.025mol/L。

優(yōu)選地，S2中，水熱反應(yīng)條件為：120℃水熱反應(yīng)3h。

更優(yōu)選地，S2中，高溫焙燒的條件為：于管式爐中，以5℃/min的速度升溫至250～350℃，焙燒3h。