[发明专利]一种三维海胆状结构Cu/Cu2

说明书

本发明提供了一种三维海胆状结构Cu/Cu₂O‑Al₂O₃纳米复合材料及其制备方法和应用。该制备方法首先将铜盐和铝盐溶解在第一溶剂中，得到混合溶液；向混合溶液中加入反应沉淀剂进行反应，得到CuO‑AlO(OH)复合材料；用Fe³⁺刻蚀CuO‑AlO(OH)复合材料，得到Fe³⁺刻蚀的CuO‑Al₂O₃纳米复合材料；最后用还原剂还原Fe³⁺刻蚀的CuO‑Al₂O₃纳米复合材料得到，其中，反应沉淀剂为脲或Na₂CO₃，还原剂为H₂或NaBH₄。该纳米复合材料在可见光下就具有光催化性能，且对四环素类抗生素的降解具有出色的反应速率，能在6min左右将其完全降解为无机小分子，其光催化性能优异且稳定。该制备方法工艺简单，条件温和，产物形貌稳定，产物处理方便简洁，且反应物为简单无机盐，原材料储量丰富，工业成本低，适合于中等规模工业生产。

技术领域

本发明属于光催化技术领域，具体涉及一种三维海胆状结构Cu/Cu₂O-Al₂O₃纳米复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

现如今，由于生物降解效率低下，药用抗生素已被确定为一直存在于自然环境中的持久性污染物。其中，四环素(TC)在抗生素的使用中占有很大比例，经常用于畜牧业的疾病治疗和生长促进。环境中抗生素的来源主要包括生活污水、医疗废水、动物饲料和水产养殖废水排放。由于大多数抗生素在用于治疗后进入水生和土壤环境，其中很大一部分很难去除。环境中的抗生素残留可能以各种方式重新进入人的身体，其主要方式是饮用水、肉类和蔬菜，它们可能通过生态循环返回人体。研究表明，四环素类抗生素在动物体内的排泄率达到70-95％。由于迁移，这些抗生素污染物将流入水生环境，从而对植物生长、水生和微生物群落结构以及抗性基因产生负面影响。因此，抗生素废水的处理已成为最迫切需要解决的问题。

近年来，高级氧化工艺(AOPs)被认为是解决环境问题的最为有效的策略。其中，光催化法是去除有毒有害物质的常用技术。遗憾的是，可见光利用率低、光载流子的快速重组等严重限制了光催化的应用。然而，多相半导体金属氧化物和零价金属的结合，可以有效的提升催化剂对光能的利用，促进光生电子和空穴的分离，进而促进其光催化性能。因此，多相半导体金属氧化物和零价金属结合的纳米光催化剂可以获得廉价、高效、稳定的光催化性能。

氧化亚铜(Cu₂O)作为半导体光催化材料，是一种p型半导体。而且Cu天然含量高，低毒，成本低，促使Cu₂O成为一个用于光驱动应用的经济型高效材料，例如光催化、光伏和光电化学。值得注意的是，Cu₂O的高化学活性是一种光催化的优势，来自氧化态的Cu⁺，可以还原为Cu⁰或氧化为Cu²⁺从而有效地促进氧化还原反应。然而，这带来一个相关的缺点，即Cu₂O很容易快速氧化成氧化铜。

发明内容

为解决现有技术的问题，本发明提供了一种三维海胆状结构Cu/Cu₂O-Al₂O₃纳米复合材料及其制备方法和应用。在本发明中催化剂Cu⁰的存在可以有效地避免Cu₂O的氧化，使Cu₂O在催化剂中可以稳定的存在。

本发明的具体技术方案如下：