[发明专利]一种柔性易回收碳纤维布@Cu2O光催化复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种柔性易回收碳纤维布@Cu₂O光催化复合材料及其制备方法，包括以下步骤：将碳纤维布依次置于丙酮、乙醇、去离子水中分别浸泡超声一定时间；然后将碳纤维布置于真空干燥箱中，一定温度真空烘干备用；将醋酸铜溶于去离子水中，形成醋酸铜溶液；将所述醋酸铜溶液中加入一定量的乙酸，形成浅蓝色混合溶液；将所述浅蓝色混合溶液和步骤a得到的碳纤维布加入到反应釜中，恒定温度下反应一定时间后，即得到碳纤维布@Cu₂O光催化复合材料。该方法制备工艺简单，对设备要求低，可控程度高，产品均匀、形貌新颖，比表面较大，且借助碳纤维布的柔性以及Cu₂O易回收，实现柔性易回收，具有优良的可见光光催化性能，可广泛的应用。

技术领域

本发明属于半导体纳米材料制备工艺技术领域，涉及一种柔性易回收碳纤维布@Cu₂O光催化复合材料及其制备方法。

背景技术

随着工业化的不断发展，环境污染愈发严重，其中水环境污染的预防与治理已经成为关注的焦点之一。目前，水污染治理常用的方法有物理化学法、生化降解法、电化学处理法、光催化法等。其中光催化法是光催化剂在光照条件下将有机污染物降解成CO₂和H₂O等无机小分子的一种绿色污水处理方法。降解过程中光催化剂，不消耗，无二次污染，利用太阳光，高效环保。光催化技术自上世纪70年代诞生以来，经过40余年的发展，已经广泛应用于环境光催化领域和能源光催化领域。可以说，光催化技术已经成为缓解日益严峻的环境和能源问题的有效途径。然而，目前大多数半导体光催化材料还存在光吸收范围窄、光生载流子复合快和光电转换效率低等问题。此外，纳米尺寸光催化材料比表面积大、活性高，但难以分离回收，而目前很难找到既保持催化剂本身活性又满足特定材料的理化性能要求的合适载体。因此，实现光催化材料的大规模工业化应用依然任重道远。

通常认为光催化反应包括以下三个过程：①半导体吸收太阳光激发出光生电子和空穴，②光生电子和空穴的分离并迁移至半导体表面，③半导体表面的光生电子和空穴分别参与还原反应和氧化反应。太阳光谱中紫外光光子数目含量不到5％，导致TiO₂和ZnO等传统光催化材料仅能利用太阳光谱的中小部分光子能量。此外，光生载流子还存在严重的体内辐射和非辐射复合以及体外表面复合，导致光催化过程太阳光的利用率更低。因此，高效的光催化过程不仅取决于半导体材料对可见光和红外光的利用率，还取决于它抑制光生载流子复合的能力。多年来，人们通过结构设计提升光生载流子分离效率。例如通过提高结晶度、减小尺寸等手段来抑制体内复合，引入共催化剂降低表面复合等。但是单一的光催化半导体材料依然无法同时满足光吸收范围广、光生载流子复合率低并且具备合适的导带或价带电势的苛刻条件。复合光催化材料在这种研究背景下应运而生。复合光催化体系为光催化技术的利用打开了全新的局面，无论是光吸收特性、载流子分离特性、光催化性能，还是材料回收性能及成本控制都达到了明显优于单元光催化半导体材料效果。

活性碳纤维比表面积和孔容积大、孔径小、孔径均匀。活性碳纤维对含氧、氯、芳香环等的水溶性有机物有很好的吸附能力。活性碳纤维除了可将污染物富集到催化剂表面，提高光催化剂的量子产率外，还能有效地吸附光催化反应过程中的副产物，使污染物连续降解，直至完全矿化为小分子无机物，这一吸附－迁移－光降解的反应过程速率要远高于单一催化剂从溶液中直接吸附有机物并使之降解的速率，从而提高单一催化剂的光催化反应效率。研制碳纤维材料为基底的复合光催化剂的制备方法以及在光催化降解有机污染物方面的应用成为目前的主要研究方向。

鉴于此，本发明试图通过液相法制备一种柔性易回收碳纤维布光催化复合材料，且该材料具有优良的光催化性能，在光催化降解有机污染物方面具有广泛应用。

发明内容

本发明所要解决的首要技术问题是提供一种工艺简单、成本低、反应周期短、均匀的柔性易回收碳纤维布@Cu₂O光催化复合材料的制备方法。