[發明專利]一種柔性易回收碳纖維布@Cu2O光催化復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201910727618.0
• 申請日: 2019-08-07
• 公開（公告）號: CN110302783A
• 公開（公告）日: 2019-10-08
• 發明（設計）人: 吳小平;崔燦;張亦哲;徐凌波;王朋;林萍
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: B01J23/72
• 分類號: B01J23/72;B01J35/10
• 代理公司: 蘇州國誠專利代理有限公司 32293
• 代理人: 王樂

本發明涉及一種柔性易回收碳纖維布@Cu₂O光催化復合材料及其制備方法，包括以下步驟：將碳纖維布依次置于丙酮、乙醇、去離子水中分別浸泡超聲一定時間；然后將碳纖維布置于真空干燥箱中，一定溫度真空烘干備用；將醋酸銅溶于去離子水中，形成醋酸銅溶液；將所述醋酸銅溶液中加入一定量的乙酸，形成淺藍色混合溶液；將所述淺藍色混合溶液和步驟a得到的碳纖維布加入到反應釜中，恒定溫度下反應一定時間后，即得到碳纖維布@Cu₂O光催化復合材料。該方法制備工藝簡單，對設備要求低，可控程度高，產品均勻、形貌新穎，比表面較大，且借助碳纖維布的柔性以及Cu₂O易回收，實現柔性易回收，具有優良的可見光光催化性能，可廣泛的應用。

技術領域

本發明屬于半導體納米材料制備工藝技術領域，涉及一種柔性易回收碳纖維布@Cu₂O光催化復合材料及其制備方法。

背景技術

隨著工業化的不斷發展，環境污染愈發嚴重，其中水環境污染的預防與治理已經成為關注的焦點之一。目前，水污染治理常用的方法有物理化學法、生化降解法、電化學處理法、光催化法等。其中光催化法是光催化劑在光照條件下將有機污染物降解成CO₂和H₂O等無機小分子的一種綠色污水處理方法。降解過程中光催化劑，不消耗，無二次污染，利用太陽光，高效環保。光催化技術自上世紀70年代誕生以來，經過40余年的發展，已經廣泛應用于環境光催化領域和能源光催化領域。可以說，光催化技術已經成為緩解日益嚴峻的環境和能源問題的有效途徑。然而，目前大多數半導體光催化材料還存在光吸收范圍窄、光生載流子復合快和光電轉換效率低等問題。此外，納米尺寸光催化材料比表面積大、活性高，但難以分離回收，而目前很難找到既保持催化劑本身活性又滿足特定材料的理化性能要求的合適載體。因此，實現光催化材料的大規模工業化應用依然任重道遠。

通常認為光催化反應包括以下三個過程：①半導體吸收太陽光激發出光生電子和空穴，②光生電子和空穴的分離并遷移至半導體表面，③半導體表面的光生電子和空穴分別參與還原反應和氧化反應。太陽光譜中紫外光光子數目含量不到5％，導致TiO₂和ZnO等傳統光催化材料僅能利用太陽光譜的中小部分光子能量。此外，光生載流子還存在嚴重的體內輻射和非輻射復合以及體外表面復合，導致光催化過程太陽光的利用率更低。因此，高效的光催化過程不僅取決于半導體材料對可見光和紅外光的利用率，還取決于它抑制光生載流子復合的能力。多年來，人們通過結構設計提升光生載流子分離效率。例如通過提高結晶度、減小尺寸等手段來抑制體內復合，引入共催化劑降低表面復合等。但是單一的光催化半導體材料依然無法同時滿足光吸收范圍廣、光生載流子復合率低并且具備合適的導帶或價帶電勢的苛刻條件。復合光催化材料在這種研究背景下應運而生。復合光催化體系為光催化技術的利用打開了全新的局面，無論是光吸收特性、載流子分離特性、光催化性能，還是材料回收性能及成本控制都達到了明顯優于單元光催化半導體材料效果。

活性碳纖維比表面積和孔容積大、孔徑小、孔徑均勻。活性碳纖維對含氧、氯、芳香環等的水溶性有機物有很好的吸附能力。活性碳纖維除了可將污染物富集到催化劑表面，提高光催化劑的量子產率外，還能有效地吸附光催化反應過程中的副產物，使污染物連續降解，直至完全礦化為小分子無機物，這一吸附－遷移－光降解的反應過程速率要遠高于單一催化劑從溶液中直接吸附有機物并使之降解的速率，從而提高單一催化劑的光催化反應效率。研制碳纖維材料為基底的復合光催化劑的制備方法以及在光催化降解有機污染物方面的應用成為目前的主要研究方向。

鑒于此，本發明試圖通過液相法制備一種柔性易回收碳纖維布光催化復合材料，且該材料具有優良的光催化性能，在光催化降解有機污染物方面具有廣泛應用。

發明內容

本發明所要解決的首要技術問題是提供一種工藝簡單、成本低、反應周期短、均勻的柔性易回收碳纖維布@Cu₂O光催化復合材料的制備方法。