一种用于催化还原的纳米铜复合材料的制备
【专利说明】一种用于催化还原的纳米铜复合材料的制备
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及纳米功能材料技术领域，特别是涉及一种用于催化还原的纳米铜复合材料的制备方法。
【背景技术】
[0003]铜纳米材料作为重要的工业原料代替贵金属金、银在制备高级润滑油添加剂、导电浆料、高效催化剂以及抗菌剂等方面可大大降低成本，有着广阔的应用前景。但由于纳米铜的化学性质十分活泼，暴露在空气中很快被氧化，存在稳定性和分散性较差等问题，因此稳定性和分散性良好、尺寸和形貌可控的铜纳米材料制备方法及其性能研究已经成为了纳米材料领域的研究热点。
[0004]近年来发展起来的制备铜纳米材料的方法主要有物理气相沉积法、电化学沉积法、金属有机化合物热分解法、液相化学还原法、水热法和微乳液法等。随着人们对纳米材料认识的不断深入和纳米科技的不断发展，纳米材料制备已不再局限于简单的纳米颗粒，而逐渐向设计和可控合成具有特定功能的纳米复合材料过渡。研究表明纳米粒子的复合不仅能有效避免单一纳米粒子的团聚问题，而且还可充分发挥纳米粒子的优异性能，提高其作用效果。纳米复合材料的形成通常通过化学键或静电引力等作用进行异相材料间的结合。复合材料各相具有不同的物理化学性质，不仅能提高纳米材料的稳定性，而且在光学电学磁学生物学等方面均显示出新的协同效应。因此纳米复合材料的合成与应用已成为当前研究的热点之一。
[0005]高分子纳米复合材料是由各种纳米单元与有机高分子材料以各种方式复合成型的一种新型复合材料。对通常的纳米粒子高分子复合材料按其复合的类型大致可分为三种：纳米微粒与纳米微粒复合，复合纳米薄膜和纳米微粒与常规块体复合。纳米粒子在高分子基体中可以均匀分散也可以非均匀分散；可能有序排布，也可能无序排布；复合体系的主要几何参数包括纳米单元的自身几何参数，空间分布参数和体积分数。
[0006]高分子纳米复合材料作为光催化剂有许多优点。首先是其中的纳米粒子粒径很小、比表面积大、光催化效率高、化学反应活性高；其次，纳米粒子分散在介质中往往具有透明性，容易运用光学手段来观察界面间的电荷转移、质子转移、半导体能级结构与表面态密度的变化；第三，纳米粒子以高聚物作为基体，既能发挥纳米粒子的高催化活性和选择催化性，又能通过高聚物的稳定作用使之具有长效稳定性。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供一种简便快速的利用含有酚羟基和胺基的化合物制备纳米铜复合材料，该复合材料对对硝基苯酚，亚甲基蓝，罗丹明B具有很好的催化还原能力。
[0008]本发明所述方法的步骤如下：将聚醚胺用蒸馏水或无水乙醇或两者混合溶剂溶解后，一式两份分别溶解硫酸铜和氢氧化钠，而后两者混合制备氢氧化铜浊液。然后将多酚和聚醚胺依次加入反应得到产物。将最终产物洗涤，离心，干燥，即得到酚胺聚合物包裹的具有催化性能的纳米铜复合材料。
[0009]进一步的，所述步骤中分散剂为聚醚胺。
[0010]进一步的，所述步骤中的多酚是指邻苯二酚或对苯二酚中的至少一种。
[0011]进一步的，所述步骤中聚醚胺为聚醚胺D230或聚醚胺D400中的一种或其混合物。
[0012]进一步的，所述步骤中加入多酚、聚醚胺后的反应温度为40~100°C。
[0013]进一步的，所述步骤中加入多酚后，加入聚醚胺前的反应时间为30~120min。
[0014]进一步的，所述步骤中多入多酚再加入聚醚胺后的反应时间为4~12h。
[0015]进一步的，所述步骤中氢氧化铜与多酚的摩尔比为1:0.8-4ο
[0016]进一步的，所述的步骤中聚醚胺总量与多酚的摩尔比为1:0.8-1.2。
[0017]本发明所述的制备纳米铜复合材料的方法具有如下优点:成本低廉、制备方法简单、反应条件温和、溶剂环境友好。
【附图说明】
[0018]图1为复合材料催化对硝基苯酚吸光度随时间的变化曲线；
图2为复合材料催化罗丹明B吸光度随时间的变化曲线。
【具体实施方式】
[0019]下面结合【具体实施方式】对本发明作进一步说明。以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。
[0020]实施例1:
(I)制备纳米铜复合材料
将0.2g聚醚胺D230分散到50ml蒸馏水中，超声溶解，分成两份备用。称取0.25g五水合硫酸铜和0.0Sg氢氧化钠分别溶解在两份聚醚胺D230溶液中。在室温磁力搅拌下将氢氧化钠溶液倒入硫酸铜溶液中，形成氢氧化铜浊液。将此浊液置于单口瓶中，放置在80°C油浴锅中，磁力搅拌，迅速称取0.1lg邻苯二酚加入单口瓶中，冷凝回流搅拌。Ih之后，称取0.03g聚醚胺D230加入反应液中，继续搅拌。6h后将反应停止，将产物离心，洗涤，放入真空干燥箱30°C干燥。
[0021](2)研究纳米铜复合材料的催化性能
称取2.5mg复合材料，加入到1ml蒸馏水中备用；称取4.2mg对硝基苯酚加入到250ml蒸馏水中备用；称取24mg硼氢化钠加入到1ml蒸馏水中备用。取1.5ml复合材料的水溶液加入到2.5ml对硝基苯酚溶液中，然后量取0.5ml硼氢化钠溶液加入其中，用紫外分光光度计跟踪检测其催化性能。
[0022]实施例2:
(O制备纳米铜复合材料
将0.4g聚醚胺D400分散到10ml蒸馏水中，超声溶解，分成两份备用。称取0.32g无水硫酸铜和0.16g氢氧化钠分别溶解在两份聚醚胺D400溶液中，然后在室温磁力搅拌下将氢氧化钠溶液倒入硫酸铜溶液中，制备氢氧化铜浊液。将此浊液置于单口瓶中，放置在60°C油浴锅中，磁力搅拌，迅速称取0.22g对苯二酚加入单口瓶中，冷凝回流搅拌。Ih之后，称取
0.4g聚醚胺D400加入反应液中，继续搅拌。4h后将反应停止，将产物离心，洗涤，放入真空干燥箱35 °C干燥。
[0023](2)研究纳米铜复合材料的催化性能
将2.5mg复合材料，加入到1ml蒸馏水中备用；称取4.2mg对硝基苯酚加入到250ml蒸馏水中备用；称取24mg硼氢化钠加入到1ml蒸馏水中备用。取750 μ I复合材料的水溶液加入到2.5ml对硝基苯酚溶液中，然后量取0.5ml硼氢化钠溶液加入其中，用紫外分光光度计检测其催化性能。
[0024]实施例3:
(O制备纳米铜复合材料
将0.3g聚醚胺D230分散到50ml无水乙醇中，超声溶解，分成两份备用。称取0.32g无水硫酸铜和0.16g氢氧化钠分别溶解在两份聚醚胺D230溶液中，在室温磁力搅拌下将氢氧化钠溶液倒入硫酸铜溶液中，制备氢氧化铜浊液。将此浊液置于单口瓶中，放置在室温磁力搅拌器搅拌。迅速称取0.22g邻苯二酚加入单口瓶中，冷凝回流搅拌。Ih之后，称取0.16g聚醚胺D230加入反应液中，继续搅拌。12h后将反应停止，将产物离心，洗涤，放入真空干燥箱30°C干燥。
[0025](2 )研究纳米铜复合材料的催化性能
将2.5mg复合材料，加入到1ml蒸馏水中备用；称取5.0mg罗丹明B加入到250ml蒸馏水中备用；称取24mg硼氢化钠加入到1ml蒸馏水中备用。取Iml复合材料的水溶液加入到2.5ml罗丹明B溶液中，然后量取0.5ml硼氢化钠溶液加入其中，在紫外分光光度计检测其催化性能。
[0026]实施例4:
(O制备纳米铜复合材料
将0.3g聚醚胺D400分散到10ml乙醇水溶液中，超声溶解，分成两份备用。称取0.5g五水合硫酸铜和0.16g氢氧化钠分别溶解在两份聚醚胺D400溶液中，然后在室温磁力搅拌下将氢氧化钠溶液倒入硫酸铜溶液中，形成氢氧化铜悬浊液。将此悬浊液置于单口瓶中，放置在50°C油浴锅中，迅速称取0.55g对苯二酚加入单口瓶中，冷凝回流搅拌。45min之后，称取1.7g聚醚胺D400加入反应液中，继续搅拌。8h后将反应停止，将产物离心，洗涤，放入真空干燥箱30°C干燥。
[0027](2 )研究纳米铜复合材料的催化性能
将2.5mg复合材料加入到1ml蒸馈水中备用；称取5.0mg亚甲基蓝加入到250ml蒸馈水中备用；称取24mg硼氢化钠加入到1ml蒸馏水中备用。取Iml复合材料的水溶液加入到2.5ml亚甲基蓝溶液中，然后量取0.5ml硼氢化钠溶液加入其中，在紫外分光光度计检测其催化性能。
【主权项】
1.一种用于催化还原的纳米铜复合材料的制备，其特征在于以下步骤: 聚醚胺作为分散剂用溶剂溶解后，一式两份分别溶解硫酸铜与氢氧化钠，将两者混合得到氢氧化铜浊液，再依次加入多酚和聚醚胺，洗涤，离心，干燥，即得到一种用于催化还原的纳米铜复合材料。2.如权利要求1所述的一种用于催化还原的纳米铜复合材料的制备，其特征在于所述分散剂为聚醚胺。3.如权利要求1所述的一种用于催化还原的纳米铜复合材料的制备，其特征在于所述聚醚胺的溶剂为蒸馏水、无水乙醇或二者混合溶剂。4.如权利要求1所述的一种用于催化还原的纳米铜复合材料的制备，其特征在于所述多酚为邻苯二酚或对苯二酚中的至少一种。5.如权利要求1所述的一种用于催化还原的纳米铜复合材料的制备，其特征在于所述聚醚胺为聚醚胺D230或聚醚胺D400中的一种或其混合物。6.如权利要求1所述的一种用于催化还原的纳米铜复合材料的制备，其特征在于所述加入多酚、聚醚胺时的反应温度为40~100°C。7.如权利要求1所述的一种用于催化还原的纳米铜复合材料的制备，其特征在于所述加入多酚后反应的反应时间为30~120min。8.如权利要求1所述的一种用于催化还原的纳米铜复合材料的制备，其特征在于所述加入多酚之后加入聚醚胺后反应的时间为4~12h。9.如权利要求1所述的一种用于催化还原的纳米铜复合材料的制备，其特征在于所述的氢氧化铜与多酚的物质量比为1:0.8~4。10.如权利要求1所述的一种用于催化还原的纳米铜复合材料的制备，其特征在于所述的聚醚胺总量与多酚的物质量比为1:0.8-1.2。
【专利摘要】本发明公开了一种用于催化还原的纳米铜复合材料的制备，并对其催化还原性能进行了测试：将聚醚胺用蒸馏水或无水乙醇溶解备用；将硫酸铜和氢氧化钠分别用前述聚醚胺溶液溶解，然后两者混合，在室温条件下制备氢氧化铜浊液。将多酚加入到上述氢氧化铜浊液中40~100oC反应30~120min，氢氧化铜与多酚的摩尔比为1：0.8~4；之后加入定量聚醚胺再反应4~12h，聚醚胺总量与多酚的摩尔比为1：0.8~1.2。将产物洗涤，离心，干燥，即得到酚胺聚合物包裹的纳米铜复合材料。将得到的复合材料用于对硝基苯酚，亚甲基蓝，罗丹明B的催化还原。本发明制备方法简单，材料来源广泛，反应条件温和，溶剂环境友好，便于推广使用。
【IPC分类】B01J31/18, C02F1/70
【公开号】CN105214726
【申请号】CN201510630100
【发明人】姚金水, 阮子宁, 刘钦泽, 刘强, 刘伟良
【申请人】齐鲁工业大学
【公开日】2016年1月6日
【申请日】2015年9月29日