/CuO及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光催化材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高效光芬頓催化劑Ag3P04/Cu0及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]進(jìn)入21世紀(jì)，人類(lèi)面臨一系列危機(jī):人口膨脹和資源過(guò)度消耗，大氣、水質(zhì)的污染、有毒廢物的排放、溫室氣體導(dǎo)致的全球氣候變暖以及生物物種的大量消失等，全球環(huán)境已經(jīng)面臨著海洋、淡水、濕地、生物多樣性和能源五大挑戰(zhàn)?？沙掷m(xù)發(fā)展觀揭示，人口、資源與環(huán)境密切相關(guān)，資源綜合利用與環(huán)境保護(hù)相互聯(lián)系，構(gòu)成一個(gè)有機(jī)整體。環(huán)境保護(hù)是資源開(kāi)發(fā)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)程中的重要內(nèi)容。為了實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，控制水質(zhì)工作成為環(huán)境保護(hù)工作的一個(gè)重要組成部分。如何采用有效手段降解水中的有機(jī)物是一個(gè)值得探討的話(huà)題。
[0003]自2010年，葉金花課題組發(fā)現(xiàn)一種具有量子產(chǎn)率高、可見(jiàn)光催化性能好、無(wú)二次污染的新型可見(jiàn)光催化劑Ag3PO4,研究發(fā)現(xiàn)這種間接半導(dǎo)體遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于前人所報(bào)道的半導(dǎo)體催化性能，可以快速完全降解有機(jī)污染物，但是其在水中部分溶解，比表面積低，價(jià)格昂貴，不但光照不穩(wěn)定，而且電子-空穴極易復(fù)合，大大限制了自身的光催化性能，于是，科研工作者們圍繞這些問(wèn)題，通過(guò)各種方法，引入新的半導(dǎo)體，成功合成了各種Ag3PO4復(fù)合材料，如 Ag3P04/Ag1、Ag3P04/Ag2S、Ag3PO4/1n (OH) 3、Ag3P04/G0、Ag3P04/g_C3N4、Ag3P04/MoS2、Ag3PO4/WS2、等等，多達(dá)幾十種，這雖然在很大程度上改善了純Ag3PO4的各種弱點(diǎn)，但是這些思路都比較單一、難以拓展。
[0004]自1894年，法國(guó)科學(xué)家H.J.H.Fenton發(fā)現(xiàn)在酸性水溶液中以及H2O2共存的條件下，F(xiàn)e2+可以有效的將酒石酸氧化，從而發(fā)明了 Fenton試劑，為分析還原性有機(jī)物和有機(jī)物的選擇性氧化提供了一種新的方法，1964年Eisenhouser首次使用Fenton試劑處理苯酸及烷基苯廢水，開(kāi)創(chuàng)了 Fenton試劑在環(huán)境污染物處理中應(yīng)用的先例。如今，人們不斷研究Fenton 試劑并開(kāi)拓 Fenton 體系，如 FeOCl、Ce02、Fe3Ozp Cu2 (OH) P04、Ce02/Fe304、CuO/Cu2O,高效且大量降解有機(jī)物，為解決環(huán)境污染問(wèn)題另辟蹊徑。Fenton試劑作為一種強(qiáng)氧化劑用于去除有機(jī)工業(yè)廢水中的難降解有機(jī)污染物具有明顯優(yōu)點(diǎn)，是一種很有應(yīng)用潛力的廢水處理技術(shù)。具有反應(yīng)啟動(dòng)快，反應(yīng)條件溫和；設(shè)備簡(jiǎn)單，能耗少，節(jié)約遠(yuǎn)行費(fèi)用；Fenton試劑氧化性強(qiáng)，反應(yīng)過(guò)程中污染物徹底無(wú)害化，氧化劑H2O2反應(yīng)后自行分解，不留殘余，同時(shí)也是良好的絮凝劑；運(yùn)行過(guò)程穩(wěn)定可靠，操作簡(jiǎn)便。
[0005]CuO作為一種半導(dǎo)體材料被科研者們廣泛研究，已經(jīng)被人們報(bào)道的應(yīng)用中包括氣體傳感器、超導(dǎo)材料、光開(kāi)關(guān)、鋰離子電極、場(chǎng)發(fā)射發(fā)射器等等，但是一直很有前景卻被人們忽視的是其在環(huán)境污染上用于降解有機(jī)污染物的高效的芬頓催化性能，研究表明，CuO具有較高的擬Fenton催化活性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供高效且穩(wěn)定性較好的高效光芬頓催化劑Ag3P04/Cu0及其制備方法。
[0007]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0008]提供一種Ag3P04/Cu0復(fù)合光芬頓催化劑，其特征在于:其由具有多面體結(jié)構(gòu)的Ag3POjP其表面負(fù)載的CuO納米球狀粒子組成。
[0009]按上述方案，CuO納米球狀粒子的粒徑為20-30nm，Ag3POj^粒徑為100_200nm。
[0010]按上述方案，CuO與Ag3POj^摩爾比1:1?3:1。
[0011]提供一種上述Ag3P04/Cu0復(fù)合光芬頓催化劑的制備方法，其特征在于:包括如下步驟:
[0012](I)CuO的制備:以Cu (Ac)#前驅(qū)體，在PVP添加劑的存在下水熱反應(yīng)制備CuO ；
[0013](2) Ag3P04/Cu0的制備:在室溫下，在步驟⑴所得CuO中加入AgNO3水溶液攪拌，之后逐滴加入過(guò)量的由Na2HPOjP NaH 2P04組成的pH為7的緩沖溶液，攪拌反應(yīng)，在CuO上原位生成Ag3PO4,獲得Ag3P04/Cu0復(fù)合材料。
[0014]按上述方案，所述的水熱反應(yīng)溫度為195-205°C，水熱反應(yīng)時(shí)間為0.9-1.lh。
[0015]按上述方案，所述水熱反應(yīng)體系中Cu(Ac)J^濃度為0.lmol/Lo
[0016]按上述方案，每毫摩爾Cu (Ac)2K使用的PVP的含量為0.0415-0.0443g。
[0017]按上述方案，所述水熱反應(yīng)后將得到的產(chǎn)物洗滌、干燥，即得CuO。
[0018]按上述方案，步驟(2)中的反應(yīng)時(shí)間為4_6h。
[0019]按上述方案，步驟(2)反應(yīng)完成后進(jìn)行洗滌、干燥后處理。
[0020]本發(fā)明的有益效果:
[0021]該催化劑既能提高純CuO的芬頓催化性能，又能解決單一光催化劑Ag3PO4的穩(wěn)定性和循環(huán)性差的缺陷，用于有機(jī)污染物降解具有催化性能高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、循環(huán)性高、降解的產(chǎn)物無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。這種新型的擬芬頓/光催化劑在有機(jī)污染物氧化降解、水分解制氫等領(lǐng)域有著潛在的應(yīng)用前景。催化劑制備實(shí)驗(yàn)條件溫和，簡(jiǎn)單方便、易于操作。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為不同比例Ag3P04/Cu0催化劑的XRD圖，a、b、c分別為不同比例的Ag3PO4/CuO，分別為 1:1、1:2、1:3 ；
[0023]圖2為純CuO、不同比例Cu0/Ag3P0j^ FESEM圖，a為純CuO，b、c、d分別是摩爾比例為 1:1、2:1、3:1 的 FESEM 圖；
[0024]圖3 為 Cu。、Ag3PO4' Ag3P04/Cu0 的性能實(shí)驗(yàn)圖，a、b、c 分別為 CuO、Ag3PO4' Ag3PO4/CuO的性能實(shí)驗(yàn)圖，其中H2O2的用量為200 μ L ;
[0025]圖4為性能最佳的Ag3P04/Cu0加入不同H2O2的性能實(shí)驗(yàn)圖；
[0026]圖5為性能最佳的Ag3P04/Cu0的樣品的循環(huán)穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)；
【具體實(shí)施方式】
[0027]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的描述
[0028]實(shí)施例1
[0029](I) CuO芬頓催化劑的制備方法(水熱法):0.1M、35mL Cu (Ac) 2溶液作為前驅(qū)體，逐滴加入150mg、35mL PVP, 200°C水熱lh，將得到的產(chǎn)物洗滌、干燥后，即得CuO擬芬頓催化劑；
[0030](2)Ag3P04/Cu0的制備方法(原位生成法):在室溫下，取步驟⑴所得CuO0.000835mol，逐滴加入 0.0167M，50mL AgN<VJU§液攪拌 30min 后，逐滴加入 50mLNa2HP04、NaH2PO4緩沖溶液(Na 2冊(cè)04和 NaH 孑04各 0.000835mol，pH = 7)攪拌 5h 后，洗滌、干燥，所得的產(chǎn)物即為CuO與Ag3PO4的摩爾比為3:1的Ag 3P04/Cu0復(fù)合材料。
[0031 ] 參考上述方法，制備CuO與Ag3PO4的摩爾比為2:1和1:1的Ag 3P04/Cu0復(fù)合材料。
[0032]催化劑的微觀結(jié)構(gòu)表征:通過(guò)X射線(xiàn)粉末衍射(XRD)實(shí)驗(yàn)表征催化劑的晶相，通過(guò)FESEM，對(duì)催化劑的形貌進(jìn)行表征，包括純CuO、純Ag3POjP Ag 3P04/Cu0。擬芬頓/