一种纳米Cu2O/小麦秸秆生物炭光催化剂制备方法及应用

本发明属于环境水处理新材料合成，具体涉及一种纳米cu2o/小麦秸秆生物炭光催化剂制备方法及应用。

背景技术：

1、近年来，科研人员持续聚焦的领域科技前沿是探寻一种适宜于环境水体和污水中抗生素污染物的低碳、高效且经济的处理方式，而左氧氟沙星作为在制药生产、医疗使用、畜产养殖等环节使用量巨大的抗生素药物，具备稳固的分子结构和较强的抗生化能力，但因其滥用所造成的抗生素残留已造成了严重的水环境污染。因此，研发合成可低碳、高效且经济的降解环境水体和污水中左氧氟沙星的环境水处理新材料具有重要实际意义。

2、光催化氧化技术具有可直接利用太阳能资源驱动降解水体中抗生素的优点，具有低碳、环保且高效的应用优势，基于光催化氧化技术处理环境水体和污水中的左氧氟沙星抗生素污染物，可将左氧氟沙星分子高效彻底地降解矿化为无害化的无机小分子，在低碳处理水体中的抗生素污染物方面展现出了广阔的应用前景。

3、然而，光催化氧化技术中所采用的传统光催化剂普遍存在可见光激发效率不高、光腐蚀现象突出、光生载流子寿命较短以及界面电荷传输动力较弱等问题，这些问题严重制约着光催化技术在实际工程中的推广应用。

4、cu2o作为一种典型的p型半导体，具有显著的可见光激发、光催化活性高、稳定性强以及成本低廉等优势，已成为当下可见光催化剂研发关注的热点材料。但是值得关注的是，cu2o仍然存在着界面光生电子-空穴对易复合的问题，制约了cu2o基光催化体系反应的高效进行。

5、因此亟需一种能够改善cu2o基光催化剂的界面电荷传输动力，提升可见光降解环境水体和污水中的左氧氟沙星的反应效率的光催化剂制备方法。

技术实现思路

1、针对上述现有技术存在的缺陷和问题，本发明提供一种纳米cu2o/小麦秸秆生物炭光催化剂制备方法及应用，用以增强界面光生电子-空穴对的分离效率，提高可见光谱响应范围，改善cu2o基光催化剂的界面电荷传输动力，为提升可见光降解环境水体和污水中的左氧氟沙星的反应效率提供了潜在新路径。

2、本发明解决其技术问题所采用的方案是：一种纳米cu2o/小麦秸秆生物炭光催化剂制备方法，包括以下步骤：

3、步骤一、制备小麦秸秆生物炭：将研磨至粉状的小麦秸秆干燥后进行预碳化处理，处理后通过盐酸溶液去除可溶性的离子杂质，并采用去离子水洗涤，干燥后得到小麦秸秆碳粉，之后将所述小麦秸秆碳粉浸润至氢氧化钾溶液中进行碳化处理，接着再浸润至硝酸溶液中活化处理，并再次采用去离子水洗涤杂质，再次干燥后得到小麦秸秆生物炭；

4、步骤二、制备纳米cu2o晶体：将硫酸铜、氢氧化钠及抗坏血酸磁力搅拌混合均匀形成溶液a，并对该溶液a进行水热反应，后采用乙醇和去离子水循环洗涤反应后的产物，干燥后研磨获得纳米cu2o晶体；

5、步骤三、制备纳米cu2o/小麦秸秆生物炭光催化剂：取0.2-1g所述步骤一中生成的小麦秸秆生物炭粉末添加至所述步骤二中的溶液a中，磁力搅拌均匀形成混合溶液，并将该混合溶液进行水热反应，后采用乙醇和去离子水循环洗涤反应后的产物，并将洗涤后的产物干燥后研磨，获得纳米cu2o/小麦秸秆生物炭光催化剂。

6、进一步地，步骤一中将小麦秸秆研磨至粉状后干燥5-6小时，将干燥后的小麦秸秆粉置于400-450℃管式反应炉中反应1-2小时进行预碳化；采用3-4mol/l盐酸溶液磁力搅拌以去除可溶性的离子杂质；采用的氢氧化钾溶液浓度为4.2-4.5mol/l，进行6-8小时的干燥处理，再将干燥后的产物置于550-600℃管式反应炉中继续加热2-3小时以进行碳化处理；所述的硝酸溶液浓度为2.5-3mol/l，并再次干燥5-6小时，得到小麦秸秆生物炭。

7、进一步地，步骤二中将20-25ml的硫酸铜、8-10ml的氢氧化钠及5-8ml的抗坏血酸磁力搅拌30-50min混合均匀，形成溶液a；将所述溶液a置于内衬聚四氟乙烯的高压反应釜中进行水热反应，设定温度为150-180℃，反应时间6-7小时；洗涤后的产物干燥10-12小时后，研磨，获得纳米cu2o晶体。

8、进一步地，步骤三中磁力搅拌30-50min至均匀并超声处理30-40min；将混合溶液置于内衬聚四氟乙烯的高压反应釜中进行水热反应，反应温度为150-180℃，反应时间6-7小时；将洗涤后的产物干燥10-12小时后，研磨，获得纳米cu2o/小麦秸秆生物炭光催化剂。

9、本发明还提供一种根据上述的方法制备的纳米cu2o/小麦秸秆生物炭光催化剂作为在可见光作用下高效降解左氧氟沙星的应用。

10、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

11、本发明提供的一种纳米cu2o/小麦秸秆生物炭光催化剂制备方法，其所合成的纳米cu2o/小麦秸秆生物炭光催化剂具备更高的比表面、更强的可见光吸收效率，通过引入小麦秸秆生物炭作为界面电荷子的传输和转移通道，提升了界面载流子的密度，有效增强了光生载流子的分离和传递效率，从而使得光催化剂的光催化性能得到显著提升。

12、并且经试验验证，在4h的模拟可见光辐照作用下，合成的纳米cu2o/小麦秸秆生物炭光催化剂对水体中左氧氟沙星的光催化降解率达到85％以上，光催化性能优异且具有良好的循环使用稳定性和可靠性。

13、本发明结合煅烧法和水热法合成具备高效光催化性能的纳米cu2o/小麦秸秆生物炭光催化剂，制备方法简单且成本低廉，光催化剂性能高效且可靠，适用于规模化合成和生产，在环境水体和污水中抗生素污染物去除方面具有广阔的推广应用前景。

技术特征：

1.一种纳米cu2o/小麦秸秆生物炭光催化剂制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的纳米cu2o/小麦秸秆生物炭光催化剂制备方法，其特征在于：步骤一中将小麦秸秆研磨至粉状后干燥5-6小时，将干燥后的小麦秸秆粉置于400-450℃管式反应炉中反应1-2小时进行预碳化；采用3-4mol/l盐酸溶液磁力搅拌以去除可溶性的离子杂质；采用的氢氧化钾溶液浓度为4.2-4.5mol/l，进行6-8小时的干燥处理，再将干燥后的产物置于550-600℃管式反应炉中继续加热2-3小时以进行碳化处理；所述的硝酸溶液浓度为2.5-3mol/l，并再次干燥5-6小时，得到小麦秸秆生物炭。

3.根据权利要求1所述的纳米cu2o/小麦秸秆生物炭光催化剂制备方法，其特征在于：步骤二中将20-25ml的硫酸铜、8-10ml的氢氧化钠及5-8ml的抗坏血酸磁力搅拌30-50min混合均匀，形成溶液a；将所述溶液a置于内衬聚四氟乙烯的高压反应釜中进行水热反应，设定温度为150-180℃，反应时间6-7小时；洗涤后的产物干燥10-12小时后，研磨，获得纳米cu2o晶体。

4.根据权利要求1所述的纳米cu2o/小麦秸秆生物炭光催化剂制备方法，其特征在于：步骤三中磁力搅拌30-50min至均匀并超声处理30-40min；将混合溶液置于内衬聚四氟乙烯的高压反应釜中进行水热反应，反应温度为150-180℃，反应时间6-7小时；将洗涤后的产物干燥10-12小时后，研磨，获得纳米cu2o/小麦秸秆生物炭光催化剂。

5.一种如权利要求1-4中任一项所述的方法制备的纳米cu2o/小麦秸秆生物炭光催化剂作为在可见光作用下高效降解左氧氟沙星的应用。

技术总结
本发明公开了一种纳米Cu<subgt;2</subgt;O/小麦秸秆生物炭光催化剂制备方法及应用，涉及环境水处理新材料合成技术领域，包括以下步骤，首先制备小麦秸秆生物炭；再制备纳米Cu<subgt;2</subgt;O晶体，接着将生成的小麦秸秆生物炭粉末添加至硫酸铜、氢氧化钠及抗坏血酸混合而成的溶液A中形成混合溶液，并对该混合溶液进行水热反应，后洗涤干燥后研磨获得纳米Cu<subgt;2</subgt;O/小麦秸秆生物炭光催化剂。本发明合成的纳米Cu<subgt;2</subgt;O/小麦秸秆生物炭光催化剂具备更高的比表面、更强的可见光吸收效率，光催化性能优异且具有良好的循环使用稳定性和可靠性；制备方法简单且成本低廉，光催化剂性能高效且可靠，适用于规模化合成和生产。

技术研发人员：聂俊坤,刘中培,张修宇,韩宇平,徐存东,孔翯
受保护的技术使用者：华北水利水电大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16