一種片狀羥基磷酸銅納米材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于納米材料的制備領(lǐng)域，具體涉及一種片狀羥基磷酸銅納米材料的制備方法。該制備方法以無機(jī)銅鹽和酸式磷酸鹽為原料，在聚吡咯烷酮的調(diào)控作用下，通過水熱法在一定溫度和時(shí)間，可制備出片狀羥基磷酸銅納米材料，其厚度為20~50nm，直徑介于幾十納米至幾百納米間。該制備方法具有合成方法簡(jiǎn)單、操作方便、原料環(huán)保、產(chǎn)率高、易分散等特點(diǎn)，利于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。所制備的片狀羥基磷酸銅在模擬太陽(yáng)光下具有優(yōu)異的催化性能，可應(yīng)用于工業(yè)廢水的水處理領(lǐng)域。
【專利說明】一種片狀羥基磷酸銅納米材料的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種納米材料的制備方法，具體涉及一種片狀羥基磷酸銅納米材料的制備方法。
技術(shù)背景
[0002]當(dāng)前，日益嚴(yán)重的環(huán)境污染問題已得到人們的高度重視，其中水污染問題更是亟待得到預(yù)防和治理。但隨著水污染物質(zhì)的多樣性和復(fù)雜性，傳統(tǒng)的水處理方法已經(jīng)不能滿足人們的要求。光催化憑借自身操作簡(jiǎn)單、低能耗、反應(yīng)條件溫和、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)，已成為廢水處理的新技術(shù)，具有廣闊的發(fā)展前景。納米光催化劑具有較大的比表面積和較快的載流子遷移率，顯示出更為優(yōu)異的催化性能。羥基磷酸銅是一種新型光催化劑，在紫外-可見甚至紅外區(qū)域下都具有較好的催化活性，是一種具有良好應(yīng)用前景的新型活性光催化齊U。目前已經(jīng)公開報(bào)道的羥基磷酸銅有棒狀、花狀、球狀以及橢球狀等(Ch0 Ι-s.AdvancedFunct1nal Materials, 2008; 18(15): 2154-2162.; Zhan Y, et al.Journal OfHazardous Materials, 2010; 180(1-3): 481-485.以及中國(guó)專利CN201310531313.5)。然而，截止目前，還未見片狀羥基磷酸銅納米材料的制備方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種片狀羥基磷酸銅納米材料的制備方法；通過濕化學(xué)方法合成了片狀羥基磷酸銅納米材料，該羥基磷酸銅納米片在模擬太陽(yáng)光下具有優(yōu)異的光催化降解有機(jī)染料性能。
[0004]本發(fā)明以無機(jī)銅鹽、酸式磷酸鹽為原料在聚乙烯吡咯烷酮調(diào)控下制備了片狀納米羥基磷酸銅。
[0005]一種片狀納米羥基磷酸銅的制備方法，其特征在于步驟如下:
1)稱取化學(xué)計(jì)量比為2: I的無機(jī)銅鹽、酸式磷酸鹽到容器中，加入一定體積的水并攪拌 30 ?60 min ；
2)加入一定量的聚乙烯吡咯烷酮(K12?30)繼續(xù)攪拌1(T30min后調(diào)節(jié)pH值至5?7 ；
3)將上述懸浮液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中100?140°C反應(yīng)6-12h；
4)冷卻、過濾、洗滌后干燥得羥基磷酸銅；制備的羥基磷酸銅呈片狀，厚度為2(T50nm,直徑介于幾十納米至幾百納米間。
[0006]進(jìn)一步的，所述無機(jī)銅鹽和酸式磷酸鹽在反應(yīng)體系中的濃度為0.2?2 M0
[0007]進(jìn)一步的，所述反應(yīng)體系中聚乙烯吡咯烷酮(按照其結(jié)構(gòu)單元分子量lllg/mol計(jì)算)與銅離子的化學(xué)劑量比為廣5: I。
[0008]進(jìn)一步的，所述的無機(jī)銅鹽可為硝酸銅、氯化銅、硫酸銅等中的一種。
[0009]進(jìn)一步的，所述的酸式磷酸鹽可為磷酸氫鈉、磷酸氫鉀、磷酸氫銨等中的一種。
[0010]本發(fā)明的片狀羥基磷酸銅納米材料具有優(yōu)異的光催化降解有機(jī)染料性能，可用于工業(yè)廢水的水處理領(lǐng)域。
[0011]采用的催化性能試驗(yàn)方法如下:
稱取100 mg的片狀納米輕基磷酸銅置入光催化系統(tǒng)中，攪拌下加入150 mL 10.0 mg/L的亞甲基藍(lán)溶液，然后置于黑暗中攪拌吸附半小時(shí)后在氙燈(800 nm彡λ彡320nm)下進(jìn)行光催化反應(yīng)。
[0012]在沒有添加電子捕獲劑的情況下，片狀納米羥基磷酸銅在I小時(shí)內(nèi)可降解去除水體系中60 %的亞甲基藍(lán)。上述結(jié)果表明，所制備片狀羥基磷酸銅納米材料在模擬太陽(yáng)光下具有優(yōu)異的光催化性能，是一種潛在的工業(yè)廢水處理材料。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下:
采用濕化學(xué)方法原位合成的片狀羥基磷酸銅納米材料，該制備方法具有合成方法簡(jiǎn)單、操作方便、原料環(huán)保、產(chǎn)率高、易分散等特點(diǎn)，利于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
[0014]合成的羥基磷酸銅呈片狀，厚度為2(T50 nm，直徑約為幾十納米到幾百納米。其納米片結(jié)構(gòu)能有效增大材料的比表面積、提高載流子遷移率，增強(qiáng)材料的光催化性能，是一種潛在的可應(yīng)用于工業(yè)廢水中污染物降解的光催化材料。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明中片狀羥基磷酸銅納米材料的SEM圖。
[0016]圖2為本發(fā)明中片狀羥基磷酸銅納米材料的XRD圖。
[0017]圖3為室溫下實(shí)施例1中樣品的的催化降解性能圖。

【具體實(shí)施方式】
[0018]如圖1、圖2所示，為通過本發(fā)明的方法制備的片狀羥基磷酸銅納米材料的示意圖；以下結(jié)合實(shí)例具體說明本發(fā)明的制備方法。
[0019]實(shí)施例1:
(I)稱量1.87 g的硝酸銅和0.7098 g的磷酸氫二鈉溶解到30 ml水中，攪拌30min后加入0.1llg聚乙烯吡咯烷酮，繼續(xù)攪拌1min ;隨后用0.1 M的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH為6，將混合溶液裝入不銹鋼反應(yīng)釜中，移入鼓風(fēng)干燥箱中，在120 °C條件下反應(yīng)6 h,經(jīng)過濾、洗滌和干燥制得片狀羥基磷酸銅納米材料。
[0020](2)稱取100 mg的羥基磷酸銅置入光催化系統(tǒng)中，攪拌下加入150 mL 10.0 mg/L的亞甲基藍(lán)溶液，然后置于黑暗中攪拌吸附半小時(shí)使得催化劑達(dá)到吸附平衡采用300 W氙燈，在紫外-可見光((800 nm ^ λ彡320nm)下,離催化劑約10 cm處進(jìn)行照，每隔30 min取樣，經(jīng)5000 rpm、10分鐘離心后取上層清液在664 nm處測(cè)出清液中剩余亞甲基藍(lán)的吸光度，從而得到個(gè)時(shí)間段亞甲基藍(lán)的降解率。圖3為實(shí)施例1中樣品的光催化亞甲基藍(lán)降解曲線，可見在沒有添加過氧化氫的條件下，Ih后降解了 62%的亞甲基藍(lán)，如圖1所示。
[0021]實(shí)施例2:
(I)稱量2.50 g的五水硫酸銅和0.7098 g的磷酸氫二鈉溶解到30 ml水中，攪拌40min后加入0.222g聚乙烯吡咯烷酮，繼續(xù)攪拌15min ;隨后用0.1 M的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH為5，將混合溶液裝入不銹鋼反應(yīng)釜中，移入鼓風(fēng)干燥箱中，在120 °C條件下反應(yīng)8 h,經(jīng)過濾、洗滌和干燥制得片狀羥基磷酸銅納米材料。
[0022](2)稱取100 mg的羥基磷酸銅置入光催化系統(tǒng)中，攪拌下加入150 mL 10.0 mg/L的亞甲基藍(lán)溶液，然后置于黑暗中攪拌吸附半小時(shí)使得催化劑達(dá)到吸附平衡采用300 W氙燈，在紫外-可見光((800 nm ^ λ彡320nm)下,離催化劑約10 cm處進(jìn)行照，每隔30 min取樣，經(jīng)5000 rpm、10分鐘離心后取上層清液在664 nm處測(cè)出清液中剩余亞甲基藍(lán)的吸光度，從而得到個(gè)時(shí)間段亞甲基藍(lán)的降解率。圖3為實(shí)施例1中樣品的光催化亞甲基藍(lán)降解曲線，可見在沒有添加過氧化氫的條件下，Ih后降解了 60 %的亞甲基藍(lán)。
[0023]實(shí)施例3:
(I)稱量2.50 g的五水硫酸銅和0.7098 g的磷酸氫二鈉溶解到30 ml水中，攪拌50min后加入0.555g聚乙烯吡咯烷酮，繼續(xù)攪拌20min ;隨后用0.1 M的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH為6，將混合溶液裝入不銹鋼反應(yīng)釜中，移入鼓風(fēng)干燥箱中，在120 °C條件下反應(yīng)10h，經(jīng)過濾、洗滌和干燥制得片狀羥基磷酸銅納米材料。
[0024](2)稱取100 mg的羥基磷酸銅置入光催化系統(tǒng)中，攪拌下加入150 mL 10.0 mg/L的亞甲基藍(lán)溶液，然后置于黑暗中攪拌吸附半小時(shí)使得催化劑達(dá)到吸附平衡采用300 W氙燈，在紫外-可見光((800 nm ^ λ彡320nm)下,離催化劑約10 cm處進(jìn)行照，每隔30 min取樣，經(jīng)5000 rpm、10分鐘離心后取上層清液在664 nm處測(cè)出清液中剩余亞甲基藍(lán)的吸光度，從而得到個(gè)時(shí)間段亞甲基藍(lán)的降解率。圖3為實(shí)施例1中樣品的光催化亞甲基藍(lán)降解曲線，可見在沒有添加過氧化氫的條件下，Ih后降解了 58 %的亞甲基藍(lán)。
[0025]實(shí)施例4:
(I)稱量1.87 g的硝酸銅和0.7098 g的磷酸氫二鈉溶解到30 ml水中，攪拌60 min后加入0.555g聚乙烯吡咯烷酮，繼續(xù)攪拌30min ;隨后用0.1 M的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH為7，將混合溶液裝入不銹鋼反應(yīng)釜中，移入鼓風(fēng)干燥箱中，在120 °C條件下反應(yīng)12 h，經(jīng)過濾、洗滌和干燥制得片狀羥基磷酸銅納米材料。
[0026](2)稱取100 mg的羥基磷酸銅置入光催化系統(tǒng)中，攪拌下加入150 mL 10.0 mg/L的亞甲基藍(lán)溶液，然后置于黑暗中攪拌吸附半小時(shí)使得催化劑達(dá)到吸附平衡采用300 W氙燈，在紫外-可見光((800 nm ^ λ彡320nm)下,離催化劑約10 cm處進(jìn)行照，每隔30 min取樣，經(jīng)5000 rpm、10分鐘離心后取上層清液在664 nm處測(cè)出清液中剩余亞甲基藍(lán)的吸光度，從而得到個(gè)時(shí)間段亞甲基藍(lán)的降解率。圖3為實(shí)施例1中樣品的光催化亞甲基藍(lán)降解曲線，可見在沒有添加過氧化氫的條件下，Ih后降解了 55 %的亞甲基藍(lán)。
【權(quán)利要求】
1.一種片狀羥基磷酸銅納米材料的制備方法，其特征在于:它包括如下步驟: 1)稱取化學(xué)計(jì)量比為2: I的無機(jī)銅鹽、酸式磷酸鹽到容器中，加入一定體積的水并攪拌 30 ?60 min ； 2)加入一定量的聚乙烯吡咯烷酮(K12?30)繼續(xù)攪拌1(T30min后調(diào)節(jié)pH值至5?7 ； 3)將上述懸浮液轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜，在100?140°C反應(yīng)6-12h； 4)冷卻、過濾、洗滌后干燥得羥基磷酸銅。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種片狀羥基磷酸銅納米材料的制備方法，其特征在于:所制備的羥基磷酸銅呈片狀，厚度為2(T50 nm，直徑介于幾十納米至幾百納米間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述片狀羥基磷酸銅納米材料的制備方法，其特征在于:所述無機(jī)銅鹽和酸式磷酸鹽在反應(yīng)體系中的濃度為0.2^2 M0
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述片狀羥基磷酸銅納米材料的制備方法，其特征在于:所述反應(yīng)體系中聚乙烯吡咯烷酮(按照其結(jié)構(gòu)單元分子量lllg/mol計(jì)算)與銅離子的化學(xué)劑量比為Γ5: I。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述片狀羥基磷酸銅納米材料的制備方法，其特征在于:所述無機(jī)銅鹽可為硝酸銅、氯化銅、硫酸銅中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述片狀羥基磷酸銅納米材料的制備方法，其特征在于:所述酸式磷酸鹽可為磷酸氫鈉、磷酸氫鉀、磷酸氫銨中的一種。
【文檔編號(hào)】B01J27/18GK104258885SQ201410447849
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月4日
【發(fā)明者】陳德志, 權(quán)紅英, 曹群, 王秀, 羅蘭 申請(qǐng)人:南昌航空大學(xué)