铜纳米粒子的制备及其对环境污染物的催化降解

铜纳米粒子的制备及其对环境污染物的催化降解
吴呈珂，朱丹丹，毛国江
（河南师范大学化学化工学院 河南 新乡 ） ４５３００７
摘要：本文以 ＣｕＣｌ２·２Ｈ２Ｏ 为铜源，在室温下合成了新的铜纳米粒子，并用 Ｘ 射线衍射仪（ＸＲＤ）、Ｘ 射线光电 子能谱（ＸＰＳ）、场发射扫描电镜（ＦＥＳＥＭ）以及透射电子显微镜（ＴＥＭ）对合成的产物进行分析和表征。研究 发现在合成的过程中氨水和苯酚的加入对铜纳米粒子的形成具有一定的保护作用，使合成的铜纳米粒子不 易被氧化；同时探究了铜纳米粒子作为催化剂降解环境中的有机污染物，如对硝基苯酚（４ＮＰ）、罗丹明 Ｂ （ＲｈＢ）、亚甲基蓝（ＭＢ）和甲基橙（ＭＯ），和不同反应温度下催化剂对降解环境污染物的影响。运用朗伯比尔 定律和准一级动力学公式计算不同温度下的降解速率及反应速率常数，结果显示合成的铜纳米粒子具有很 好的催化性能。 关键词：铜纳米粒子；催化；降解；环境污染物 中图分类号：Ｏ６４３ 文献标志码：Ａ
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化学研究与应用
第 ３０ 卷
子可以根据形貌、应用以及合成方法的不同进行 分类，这里根据合成方法简单的分成两大类：物理
１ 实验部分
法和化学方法。其中微乳液法是最普遍的一种化
学合成方法，然而，这种方法需要大量高浓度的且 １ １ 仪器和试剂
成本较高的表面活性剂；激光烧蚀技术、气溶胶法 Ｘ射线 衍 射 仪 （岛 津，ＸＲＤ６０００）使 用 Ｃｕ
技术不能够被广泛应用［１］。绿色合成铜纳米粒子 ， ）；场发射扫描电子显 ｍｏ Ｆｉｓｈｅｒ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｌｔｄ ＵＳＡ
是的一种节能且环境友好型的化学制备方法，这 微镜（ ， ＦＥＳＥＭ Ｈｉｔａｃｈｉ ＳＵ８０００），和高分辨率透射
种合成方法符合现下国家对创新的有关政策以及 电子显微镜（ＪＥＭ ２１００，Ｊａｐａｎ）设置工作电压分别
Ｔｈｅ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｕ ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ ａｎｄ ｃａｔａｌｙｔｉｃ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ
， ， ＷＵ Ｃｈｅｎｇｋｅ ＺＨຫໍສະໝຸດ Baidu Ｄａｎｄａｎ ＭＡＯ Ｇｕｏｊｉａｎｇ
（ ， ， ， ） Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｈｅｎｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｈｅｎａｎ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｘｉｎｘｉａｎｇ ４５３００７ Ｃｈｉｎａ
第 期
第 卷第 ３０ 年 ９２０１８ ９
９月期
党珍珍，等：金纳米粒Ｃ子ｈｅｍ钙化ｉｃａ黄ｌ学Ｒ绿ｅ研ｓｅ素ａｒ究ｃ荧ｈ ａ光与ｎｄ共Ａ应ｐ振ｐ用ｌ能ｉｃａ量ｔｉｏｎ转移体系测定青霉胺
， Ｖｏｌ． ３０ ， Ｓｅｐ．
２Ｎ０１ｏ８． ９
文章编号： （ ） １００４１６５６ ２０１８ ０９１４２９０８
ａｎｃｅ．
： ； ； ； Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ Ｃｕ ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｃａｔａｌｙｚｅ ｄｅｇｒａｄｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ．
近年来，由于铜的相对低成本且在自然界存 在丰富等优势而被广泛的研究和开发，铜纳米粒
； 收稿日期：２０１８０２２８ 修回日期：２０１８０５２５ 基金项目：国家自然科学基金（５１６０４０９８）资助 联系人简介：吴呈珂（１９８２），男，讲师，主要从事纳米功能材料合成及性能研究。Ｅｍａｉｌ：ｃｋｗｕ０３０４＠ １６３ ｃｏｍ
： · Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｃｕ ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｗｅｒｅ ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄ ａｔ ｒｏｏｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｔａｋｉｎｇ ＣｕＣｌ２ ２Ｈ２ Ｏ ａｓ ｔｈｅ ｓｏｕｒｃｅ ｏｆ Ｃｕ ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅ ｂｙ ， ， ＸＲＤ ＸＰＳ ＦＥＳＥＭ ａｎｄ ＴＥＭ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ． Ｉｔ ｗａｓ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｄｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ａｍｍｏｎｉｕｍ ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ ａｎｄ ｐｈｅｎｏｌ ｈａｄ ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ ｅｆｆｅｃｔ ， ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｏｆ Ｃｕ ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｔｈｅ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｍｅａｎｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ｃｕ ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｗｅｒｅ ｎｏｔ ｅａｓｉｌｙ ｏｘｉｄｉｚｅｄ． Ｔｈｅ ｃａｔａｌｙｔｉｃ （ ）， （ ）， ａｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ Ｃｕ ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｉｎ ｄｅｇｒａｄｉｎｇ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｐｎｉｔｒｏｐｈｅｎｏｌ ４ＮＰ ｒｈｏｄａｍｉｎｅ Ｂ ＲｈＢ ｍｅｔｈｙｌｅｎｅ （ ） （ ） ， ， ｂｌｕｅ ＭＢ ａｎｄ ｍｅｔｈｙｌ ｏｒａｎｇｅ ＭＯ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｎ ｔｈｅ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎ
当今世界对环境保护的要求，本文采用一种相对 和 。 １５ ｋＶ ２００ ｋＶ
ｔａｌ ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ ｗａｓ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ． Ｔｈｅ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｒａｔｅ ａｎｄ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｃｏｎｓｔａｎｔｓ ｗｅｒｅ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ＢｅｅｒＬａｍｂｅｒｔ ｌａｗ ａｎｄ
， ｔｈｅ ｑｕａｓｉｆｉｒｓｔｏｒｄｅｒ ｄｙｎａｍｉｃｓ ｆｏｒｍｕｌａ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｓｐｒｅｐａｒｅｄ Ｃｕ ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｈａｄ ｇｏｏｄ ｃａｔａｌｙｔｉｃ ｐｅｒｆｏｒｍ
和辐射分解法是最常见的物理制备铜纳米粒子的 Ｋα１ 射线进行测试，其参数分别设置为在 ， ４０ＫＶ
手段，不过这些方法对实验仪器要求较高且需要 ４０ｍＡ 条件下运行从 到 ２０° ８０°进行扫描；Ｘ 射线光
耗费过多的能量，基于这些原因，物理合成铜纳米 电子能谱（ＸＰＳ）仪用 ＥＳＣＡＬＡＢ ２５０ＸＩ 型号（Ｔｈｅｒ