测定纳米氧化铜改性前后对过氧化氢分解的催化作用影响的方法
测定纳米氧化铜改性前后对过氧化氢分解的催化作用影响的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及化工领域，具体为测定纳米氧化铜改性前后对过氧化氨分解的催化作 用影响的方法。
【背景技术】
[0002] 纳米氧化铜是一种具有孔结构和高比表面积的新材料，粒子尺寸为1-lOOnm，具有 表面效应、小尺寸效应、量子效应和宏观隧道效应引起的电学、磁学、光学和化学活性等特 征。在电子领域的传感器、材料领域的超导材料和热导材料等方面都显示出很好的应用前 景。在催化方面具有的高活性和选择性，对一氧化碳、乙醇、甲苯完全氧化，对苯合成苯酪、 直接合成Ξ氧基硅烷，对高氯酸锭热分解等都有一定的催化活性。
[0003] 目前，对于测定纳米氧化铜改性前后对过氧化氨分解的催化作用影响的方法已经 有一些研究，比如已有文献采用超声直接沉淀法制备纳米氧化铜，只不过采用的原料不同， 如铜盐，沉淀剂及表面活性剂不同。由于纳米氧化铜的制备方法或采用的原料或改性剂不 同，制备出来的纳米氧化铜不同，因此目前的实验测定纳米氧化铜改性前后对过氧化氨分 解的催化作用影响的方法还有待扩展和改进。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种测定纳米氧化铜改性前后对过氧化氨分解的催化作 用影响的方法，W便在科研领域进一步研究纳米氧化铜的催化性能，可W更好的应用于工 业生产及科研领域。
[0005] 为了解决W上问题，本发明采用的技术方案如下，一种测定纳米氧化铜改性前后 对过氧化氨分解的催化作用影响的方法，包括W下步骤：
[0006] WCuS〇4 · 5也0为铜盐、Na2〇)厂化0H为沉淀剂，采用直接沉淀法制备纳米氧化铜， 并辅助超声波作用，在制备过程中加入不同的表面活性剂，测定超声作用时间、超声反应溫 度、表面活性剂种类及用量对制备纳米氧化铜及其红外光谱图的影响，将制备得到的样品 加入到已配制好的过氧化氨溶液中，利用双光束紫外可见分光光度计测定纳米氧化铜对过 氧化氨分解的催化作用。
[0007] 作为优选，所述的超声波功率为100W。
[000引作为优选，测定制备纳米氧化铜的超声作用时间分别为20min、30min、40min、 50min和60min。
[0009] 作为优选，测定制备纳米氧化铜的超声反应溫度分别为45°C、55°C和65°C。
[0010] 作为优选，在制备过程中加入不同的表面活性剂为PEG300或十二烷基苯横酸钢。
[0011] 作为优选，PEG300或十二烷基苯横酸钢的加入量分别为9ml、7ml和5ml。
[0012] 本发明的有益效果如下：
[OOU] (1似可溶性铜盐CuS〇4 · 5也0为原料，氨氧化钢-碳酸钢混合溶液为沉淀剂，采用 直接沉淀法制备纳米氧化铜，利用傅里叶变换红外光谱仪对产物进行表征。
[0014] (2)对沉淀反应主要影响因素进行单因素分析包括不同超声作用时间、不同超声 反应溫度等，从而得到较适宜的制备条件。
[0015] (3)纳米氧化铜的制备过程中采用PEG300、十二烷基苯横酸钢对纳米氧化铜进行 表面改性，利用紫外可见分光光度计测定改性前后对过氧化氨分解的催化作用影响。
[0016] 综上所述，本发明主要采用直接沉淀法制备纳米氧化铜，并辅助一定功率的超声 作用。利用傅里叶变换红外光谱仪对纳米氧化铜进行定性分析，制备过程中采用不同的表 面活性剂对纳米氧化铜进行表面改性，利用紫外可见分光光度计测定纳米氧化铜对过氧化 氨分解的催化作用，W便在科研领域进一步研究纳米氧化铜的催化性能，可W更好的应用 于工业生产及科研领域。
【附图说明】
[0017] 图1为不同超声作用时间下产物的红外光谱图；其中，k2:20min k3:30min k4: 40min k5:50min；
[001引图2为k3样品的沈M图；
[0019] 图3为不同超声反应溫度下产物的红外光谱图；其中，k4:45°C k8:55°C k7:65°C;
[0020] 图4为45°C下加入不同表面活性剂的产物红外光谱图；其中，k4:空白a4:加阳G300 b4:加十二烷基苯横酸钢；
[0021] 图5为65°C下加入不同表面活性剂的产物红红外光谱图；其中，k8:空白曰8: PEG300 b8:十二烷基苯横酸钢；
[0022] 图6为加入不同量阳G300得到的产物红外光谱图；其中，a4:5ml 7a4:7ml 9a4:9ml
[0023] 图7为加入不同量十二烷基苯横酸钢得到产物的红外光谱图；其中，b4:5ml 7b4: 7ml 9b4:9ml；
[0024] 图8为同一时刻加入k4与空白的过氧化氨的紫外吸收光谱图；
[0025] 图9为同一时刻加入不同改性剂的纳米氧化铜催化过氧化分解的紫外吸收光谱 图；其中，样品k4:未加改性剂样品曰4:加阳G300样品b4:加十二烷基苯横酸钢。
【具体实施方式】
[0026] W下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
[0027] 1.纳米氧化铜的制备
[002引采用直接沉淀法制备纳米氧化铜，即可溶性铜盐（CuS化· 5此0)水溶后与氨氧化 钢-碳酸钢水溶液反应，加入改性剂PEG300、十二烷基苯横酸钢，超声作用，过滤，烘干，制备 得到栋黑色纳米氧化铜粉末，并利用红外光谱法对其定性分析。
[0029] 2.纳米氧化铜的表面改性
[0030] 在制备的纳米氧化铜中加入不同类型的表面活性剂如PEG300、十二烷基苯横酸 钢，考察纳米氧化铜表面改性前后对过氧化氨分解的催化作用的影响。
[0031] 3.实验手段
[0032] WCuS〇4 · 5此0为铜盐、Na2C化-化0H为沉淀剂，采用直接沉淀法制备纳米氧化铜， 并辅助100W超声作用，在制备过程中加入不同的表面活性剂PEG300、十二烷基苯横酸钢，研 究了超声作用时间、超声反应溫度、表面活性剂种类及用量对制备纳米氧化铜及其红外光 谱图的影响，将制备得到的样品加入到已配制好的过氧化氨溶液中，利用双光束紫外可见 分光光度计测定纳米氧化铜对过氧化氨分解的催化作用。
[00削实施例；
[0034] 1实验方法及步骤
[0035] 分别量取Ξ份20ml的0.25mol/L CuS〇4溶液、20ml 0.6mol/L 化2C〇3-NaOH溶液于 250ml锥形瓶中，分别标号为k2、a2、b2，分别加入蒸馈水60ml、55ml、55ml。将Ξ个锥形瓶置 于超声波清洗器中，45°C恒溫5min，再分别向a2、b2号锥形瓶中加入已配制好的5ml PEG300、5ml十二烷基苯横酸钢溶液，同时开启超声波清洗器，超声功率为100W，超声作用时 间为30min。超声作用结束后，静置，冷却至室溫后真空累抽滤，分别用蒸馈水和无水乙醇洗 涂，室溫下干燥24小时，110°C烘箱中烘干化，即得栋黑色的纳米氧化铜样品，收集样品备 用。实验方案如表1所示。
[0036] 表1不同条件下制备纳米氧化铜方案
[0037]
[0038] 2.纳米氧化铜的催化研究
[0039] 用移液管移取0.50ml的30%过氧化氨溶液至100ml容量瓶中，加入蒸馈水定容，摇 匀，置于暗处备用；用电子天平分别称取约50mg编号为k4、a4、b4的纳米氧化铜样品，备用。
[0040] 将纳米氧化铜样品k4、a4、b4分别加到过氧化氨溶液中，分别在10min、20min、 30min、40min取样，利用双光束紫外可见分光光度法测定纳米氧化铜的催化作用，测得紫 夕h可见吸收光谱。并作空白试验。
[0041 ] 3结论
[0042] 3.1纳米氧化铜的制备
[0043] 3.1.1超声波作用时间对制备纳米氧化铜红外光谱的影响
[0044] 取Ξ份20ml 0.25mol/L CuS〇4溶液，20ml 0.6mol/L 化2C〇3-化0H溶液，加入蒸馈 水至反应体系均为100ml，超声反应溫度均为45°C，超声功率均为100W，超声作用时间分别 为2〇111；[]1、3〇1]1；[]1、4〇1]1；[]1、5〇1]1；[]1，制备出的纳米氧化铜红外吸收光谱如图1所示。
[0045] 由图1可W看出，2300cnfi附近为空气中二氧化碳的吸收峰。1390cnfi附近为C-0键 伸缩振动吸收峰，leoocnfi附近的Ξ个吸收峰归属于H-0键的弯曲振动，表明纳米氧化铜中 有一定量的吸附水。700-480cnfi的波数范围内的吸收带为纳米氧化铜的特征吸收带。由图 可W看出k3、k4、k5S种样品在528cnfi吸收带相同，k4、k5在528cm-i、602cm-i、675cm-i处的吸 收峰相同，表明氧化铜粒径不变，运说明超声波作用时间在超过40min后对形成纳米氧化铜 的粒径的影响不大。运与SE M图相吻合，如图2所示。样品为纺键形，短径为80-100nm，长径为 280-400nm。
[0046] 3.1.2超声溫度对制备纳米氧化铜红外光谱的影响
[0047] 取Ξ份20ml 0.25mol/L CuS〇4溶液，20ml 0.6mol/L 化2C〇3-化0H溶液，加入蒸馈 水至反应体系均为100ml，超声功率均为100W，超声作用时间均为40min，超声反应溫度分别 为45°0、55°0、65^：，制备出的纳米氧化铜红外吸收光谱如图3所示。
[0048] 由图3可知，谱线k7在2300cnfi附近的吸收峰消失说明二氧化碳在65°C的反应体系 中消失。1620cnri、1500cnfi、1350cnri附近的吸收峰强度和吸收峰位置几乎不变，由于吸收 峰的位置随粒径增大而向长波方向移动，反应体系溫度升高，eOOcnfi附近吸收峰减小说明 氧化铜粒径可能有一定的减小趋势。超声反应溫度为65°C时，690cnfi左右的特征吸收峰消 失，故反应溫度必须适当控制。由此可知制备纳米氧化铜的较佳反应溫度为55°C。
[0049] 3.1.3表面活性剂种类对纳米氧化铜红外光谱的影响
[00加]取Ξ份20ml 0.25mol/L CuS〇4溶液，20ml 0.6mol/L 化2C〇3-化0H溶液，超声反应 溫度为均45°C，超声功率均为100W，超声反应时间均为40min，在曰4中加5ml阳G300，b4中加 入5ml十二烷基苯横酸钢溶液，加入蒸馈水至反应体系均为100ml，制备出的纳米氧化铜红 外吸收光谱如图4所示。
[0051] 由图4可知，在制备纳米氧化铜过程中加入表面活性剂，700-480cnfi范围内的产物 氧化铜的特征吸收峰略有变化，加入表面活性剂PEG300、十二烷基苯横酸钢后，在528cm-i、 eOOcnfi附近的吸收峰向低波数区移动。表面活性剂能提高微粒表面活性，改善粒子与其他 物质、粒子与粒子之间的相容性，改变粉体的分散性，防团聚。
[0052] 将上述实验的超声反应溫度由45°C变为65°C，得到纳米氧化铜红外光谱如图5所 /J、- 〇
[0053] 超声反应溫度为65°C时，体系中加入十二烷基苯横酸钢，2300cnfi波数附近的吸收 峰消失，说明十二烷基苯横酸钢作为表面活性剂具有消泡作用;65°C在690cnfi附近的吸收 峰消失。
[0054] 3.1.4表面活性剂的量对纳米氧化铜红外光谱的影响
[0055]取Ξ份20ml 0.25mol/L CuS〇4溶液，20ml 0.6mol/L 化2C0厂化0H溶液，日4、7日4、 9曰4分别为体系中加51111、71111、91111阳6300，加入蒸馈水至反应体系均为1001111，超声反应时 间均40min，超声反应溫度均为45°C，超声功率均为lOOW，制备出的纳米氧化铜红外吸收光 谱如图6所示。
[0056] 由图6可见，谱线7a4、9a4中，2300cnfi附近的二氧化碳吸收峰消失，说明表面活性 剂PEG300随着加入量增加，消泡作用增强;随着PEG300的加入量增加，520cm-i附近氧化铜特 征吸收峰红移，可见氧化铜粒径有增大的趋势。样品7a4谱线在600cnfi、690cnri附近波数最 小。PEG300加入量较少，在氧化铜颗粒表面或颗粒之间斥力较小，不能阻止颗粒之间靠犹而 发生团聚。随着改性剂用量增加，分散效果增强，但加入量过多，大分子表面改性剂阻止粒 子间的自由移动，使粒子团聚长大，表面改性剂相互联结，促使颗粒靠犹，分散作用减弱。综 合分析可知25g/L的表面活性剂PEG300的最佳加入量为7ml。
[0057] 将PEG300改为十二烷基苯横酸钢溶液，重复上述实验，得到的纳米氧化铜红外光 谱图如图7所示。
[0058] 由图7可知，2910cm-i附近可能为烷基中C-H键对称伸缩吸收峰，表明活性剂过量； 2300cnfi附近二氧化碳吸收峰消失，说明过量的十二烷基苯横酸钢有一定的消泡作用;样品 7b4、9b4的谱线相对样品b4谱线在690cnfi、520cnri附近均发生红移。十二烷基苯横酸钢的 最佳加入量为5ml。
[0059] 3.2纳米氧化铜的催化作用
[0060] 空白实验:在配好的过氧化氨溶液中，不加氧化铜样品，在第30min后测定过氧化 氨溶液的紫外吸收光谱，与加入氧化铜样品k4的过氧化氨溶液的紫外吸收光谱作比较，如 图8所示。
[0061] 由图8可知，含氧化铜和不含氧化铜的过氧化氨溶液体系连续紫外吸收光谱在第 30min时的变化对比可W看出，在第30min时，没有加氧化铜的过氧化氨紫外吸收光谱无明 显变化，说明过氧化氨只有极少量分解。含氧化铜的过氧化氨吸收光谱在206nm处的吸收峰 发生明显下降，说明氧化铜对过氧化氨分解具有很好的催化作用。
[0062] 比较分别加入纳米氧化铜样品k4、a4、b4对过氧化氨分解的催化作用，如图9所示。
[0063] 由图9,在第30min，改性的样品a4、b4催化过氧化氨分解的紫外吸收光谱与未改性 的样品k4比较，前者吸光度较大，过氧化氨分解量较少，说明样品k4的催化作用较好，原因 可能是改性后的纳米氧化铜表面包覆一定量的改性剂，阻止了纳米氧化铜粒子与过氧化氨 的接触。样品曰4催化过氧化氨分解的吸光度比样品b4小，过氧化氨分解多，因此样品曰4的催 化作用比样品b4好。
[0064] 结论如下：
[0065] (1)超声波的福射作用可W阻止粒子之间的团聚和长大，能够破碎团聚体，有利于 纳米氧化铜的制备。超声波的能量作用主要表现在改变临界成核从而改变颗粒的成核速 率，超声能量越高，成核越快。
[0066] 实验制备纳米氧化铜的最佳超声作用时间40min，较佳超声反应溫度为55°C。
[0067] (2)纳米氧化铜制备过程中加入表面活性剂PEG300、十二烷基苯横酸钢，二者都具 有一定的分散作用，可防止粒子的团聚，制备出粒径较小的纳米氧化铜粒子。PEG300、十二 烷基苯横酸钢的最佳加入量分别为7ml、5ml。
[006引（3)纳米氧化铜具有良好的催化作用，经PEG300和十二烷基苯横酸钢改性的纳米 氧化铜样品对过氧化氨分解的催化性能均略有降低，且前者的催化性能较后者更低，运与 纳米氧化铜表面包覆的改性剂的量与种类有关。
【主权项】
1. 一种测定纳米氧化铜改性前后对过氧化氢分解的催化作用影响的方法，其特征在 于，以CuS〇4 · 5H20为铜盐、Na2C〇3-NaOH为沉淀剂，采用直接沉淀法制备纳米氧化铜，并辅助 超声波作用，在制备过程中加入不同的表面活性剂，测定超声作用时间、超声反应温度、表 面活性剂种类及用量对制备纳米氧化铜及其红外光谱图的影响，将制备得到的样品加入到 已配制好的过氧化氢溶液中，利用双光束紫外可见分光光度计测定纳米氧化铜对过氧化氢 分解的催化作用。2. 根据权利要求1所述的一种测定纳米氧化铜改性前后对过氧化氢分解的催化作用影 响的方法，其特征在于，所述的超声波功率为100W。3. 根据权利要求1或2所述的一种测定纳米氧化铜改性前后对过氧化氢分解的催化作 用影响的方法，其特征在于，测定制备纳米氧化铜的超声作用时间分别为20min、30min、 40min、50min和60min〇4. 根据权利要求3所述的一种测定纳米氧化铜改性前后对过氧化氢分解的催化作用影 响的方法，其特征在于，测定制备纳米氧化铜的超声反应温度分别为45°C、55°C和65°C。5. 根据权利要求1所述的一种测定纳米氧化铜改性前后对过氧化氢分解的催化作用影 响的方法，其特征在于，在制备过程中加入不同的表面活性剂为PEG300或十二烷基苯磺酸 钠。6. 根据权利要求5所述的一种测定纳米氧化铜改性前后对过氧化氢分解的催化作用影 响的方法，其特征在于，PEG300或十二烷基苯磺酸钠的加入量分别为9ml、7ml和5ml。
【专利摘要】本发明公开了一种测定纳米氧化铜改性前后对过氧化氢分解的催化作用影响的方法，属于化工领域，包括以下步骤：以CuSO4·5H2O为铜盐、Na2CO3-NaOH为沉淀剂，采用直接沉淀法制备纳米氧化铜，并辅助超声波作用，在制备过程中加入不同的表面活性剂，测定超声作用时间、超声反应温度、表面活性剂种类及用量对制备纳米氧化铜及其红外光谱图的影响。本发明的有益效果如下：本发明制备过程中采用不同的表面活性剂对纳米氧化铜进行表面改性，利用紫外可见分光光度计测定纳米氧化铜对过氧化氢分解的催化作用，以便在科研领域进一步研究纳米氧化铜的催化性能，可以更好的应用于工业生产及科研领域。
【IPC分类】G01N21/31, G01N1/28, G01N21/3563
【公开号】CN105486649
【申请号】CN201510817915
【发明人】程敬泉
【申请人】衡水学院
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年11月23日
【技术领域】
[0001] 本发明设及化工领域，具体为测定纳米氧化铜改性前后对过氧化氨分解的催化作 用影响的方法。
【背景技术】
[0002] 纳米氧化铜是一种具有孔结构和高比表面积的新材料，粒子尺寸为1-lOOnm，具有 表面效应、小尺寸效应、量子效应和宏观隧道效应引起的电学、磁学、光学和化学活性等特 征。在电子领域的传感器、材料领域的超导材料和热导材料等方面都显示出很好的应用前 景。在催化方面具有的高活性和选择性，对一氧化碳、乙醇、甲苯完全氧化，对苯合成苯酪、 直接合成Ξ氧基硅烷，对高氯酸锭热分解等都有一定的催化活性。
[0003] 目前，对于测定纳米氧化铜改性前后对过氧化氨分解的催化作用影响的方法已经 有一些研究，比如已有文献采用超声直接沉淀法制备纳米氧化铜，只不过采用的原料不同， 如铜盐，沉淀剂及表面活性剂不同。由于纳米氧化铜的制备方法或采用的原料或改性剂不 同，制备出来的纳米氧化铜不同，因此目前的实验测定纳米氧化铜改性前后对过氧化氨分 解的催化作用影响的方法还有待扩展和改进。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种测定纳米氧化铜改性前后对过氧化氨分解的催化作 用影响的方法，W便在科研领域进一步研究纳米氧化铜的催化性能，可W更好的应用于工 业生产及科研领域。
[0005] 为了解决W上问题，本发明采用的技术方案如下，一种测定纳米氧化铜改性前后 对过氧化氨分解的催化作用影响的方法，包括W下步骤：
[0006] WCuS〇4 · 5也0为铜盐、Na2〇)厂化0H为沉淀剂，采用直接沉淀法制备纳米氧化铜， 并辅助超声波作用，在制备过程中加入不同的表面活性剂，测定超声作用时间、超声反应溫 度、表面活性剂种类及用量对制备纳米氧化铜及其红外光谱图的影响，将制备得到的样品 加入到已配制好的过氧化氨溶液中，利用双光束紫外可见分光光度计测定纳米氧化铜对过 氧化氨分解的催化作用。
[0007] 作为优选，所述的超声波功率为100W。
[000引作为优选，测定制备纳米氧化铜的超声作用时间分别为20min、30min、40min、 50min和60min。
[0009] 作为优选，测定制备纳米氧化铜的超声反应溫度分别为45°C、55°C和65°C。
[0010] 作为优选，在制备过程中加入不同的表面活性剂为PEG300或十二烷基苯横酸钢。
[0011] 作为优选，PEG300或十二烷基苯横酸钢的加入量分别为9ml、7ml和5ml。
[0012] 本发明的有益效果如下：
[OOU] (1似可溶性铜盐CuS〇4 · 5也0为原料，氨氧化钢-碳酸钢混合溶液为沉淀剂，采用 直接沉淀法制备纳米氧化铜，利用傅里叶变换红外光谱仪对产物进行表征。
[0014] (2)对沉淀反应主要影响因素进行单因素分析包括不同超声作用时间、不同超声 反应溫度等，从而得到较适宜的制备条件。
[0015] (3)纳米氧化铜的制备过程中采用PEG300、十二烷基苯横酸钢对纳米氧化铜进行 表面改性，利用紫外可见分光光度计测定改性前后对过氧化氨分解的催化作用影响。
[0016] 综上所述，本发明主要采用直接沉淀法制备纳米氧化铜，并辅助一定功率的超声 作用。利用傅里叶变换红外光谱仪对纳米氧化铜进行定性分析，制备过程中采用不同的表 面活性剂对纳米氧化铜进行表面改性，利用紫外可见分光光度计测定纳米氧化铜对过氧化 氨分解的催化作用，W便在科研领域进一步研究纳米氧化铜的催化性能，可W更好的应用 于工业生产及科研领域。
【附图说明】
[0017] 图1为不同超声作用时间下产物的红外光谱图；其中，k2:20min k3:30min k4: 40min k5:50min；
[001引图2为k3样品的沈M图；
[0019] 图3为不同超声反应溫度下产物的红外光谱图；其中，k4:45°C k8:55°C k7:65°C;
[0020] 图4为45°C下加入不同表面活性剂的产物红外光谱图；其中，k4:空白a4:加阳G300 b4:加十二烷基苯横酸钢；
[0021] 图5为65°C下加入不同表面活性剂的产物红红外光谱图；其中，k8:空白曰8: PEG300 b8:十二烷基苯横酸钢；
[0022] 图6为加入不同量阳G300得到的产物红外光谱图；其中，a4:5ml 7a4:7ml 9a4:9ml
[0023] 图7为加入不同量十二烷基苯横酸钢得到产物的红外光谱图；其中，b4:5ml 7b4: 7ml 9b4:9ml；
[0024] 图8为同一时刻加入k4与空白的过氧化氨的紫外吸收光谱图；
[0025] 图9为同一时刻加入不同改性剂的纳米氧化铜催化过氧化分解的紫外吸收光谱 图；其中，样品k4:未加改性剂样品曰4:加阳G300样品b4:加十二烷基苯横酸钢。
【具体实施方式】
[0026] W下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
[0027] 1.纳米氧化铜的制备
[002引采用直接沉淀法制备纳米氧化铜，即可溶性铜盐（CuS化· 5此0)水溶后与氨氧化 钢-碳酸钢水溶液反应，加入改性剂PEG300、十二烷基苯横酸钢，超声作用，过滤，烘干，制备 得到栋黑色纳米氧化铜粉末，并利用红外光谱法对其定性分析。
[0029] 2.纳米氧化铜的表面改性
[0030] 在制备的纳米氧化铜中加入不同类型的表面活性剂如PEG300、十二烷基苯横酸 钢，考察纳米氧化铜表面改性前后对过氧化氨分解的催化作用的影响。
[0031] 3.实验手段
[0032] WCuS〇4 · 5此0为铜盐、Na2C化-化0H为沉淀剂，采用直接沉淀法制备纳米氧化铜， 并辅助100W超声作用，在制备过程中加入不同的表面活性剂PEG300、十二烷基苯横酸钢，研 究了超声作用时间、超声反应溫度、表面活性剂种类及用量对制备纳米氧化铜及其红外光 谱图的影响，将制备得到的样品加入到已配制好的过氧化氨溶液中，利用双光束紫外可见 分光光度计测定纳米氧化铜对过氧化氨分解的催化作用。
[00削实施例；
[0034] 1实验方法及步骤
[0035] 分别量取Ξ份20ml的0.25mol/L CuS〇4溶液、20ml 0.6mol/L 化2C〇3-NaOH溶液于 250ml锥形瓶中，分别标号为k2、a2、b2，分别加入蒸馈水60ml、55ml、55ml。将Ξ个锥形瓶置 于超声波清洗器中，45°C恒溫5min，再分别向a2、b2号锥形瓶中加入已配制好的5ml PEG300、5ml十二烷基苯横酸钢溶液，同时开启超声波清洗器，超声功率为100W，超声作用时 间为30min。超声作用结束后，静置，冷却至室溫后真空累抽滤，分别用蒸馈水和无水乙醇洗 涂，室溫下干燥24小时，110°C烘箱中烘干化，即得栋黑色的纳米氧化铜样品，收集样品备 用。实验方案如表1所示。
[0036] 表1不同条件下制备纳米氧化铜方案
[0037]
[0038] 2.纳米氧化铜的催化研究
[0039] 用移液管移取0.50ml的30%过氧化氨溶液至100ml容量瓶中，加入蒸馈水定容，摇 匀，置于暗处备用；用电子天平分别称取约50mg编号为k4、a4、b4的纳米氧化铜样品，备用。
[0040] 将纳米氧化铜样品k4、a4、b4分别加到过氧化氨溶液中，分别在10min、20min、 30min、40min取样，利用双光束紫外可见分光光度法测定纳米氧化铜的催化作用，测得紫 夕h可见吸收光谱。并作空白试验。
[0041 ] 3结论
[0042] 3.1纳米氧化铜的制备
[0043] 3.1.1超声波作用时间对制备纳米氧化铜红外光谱的影响
[0044] 取Ξ份20ml 0.25mol/L CuS〇4溶液，20ml 0.6mol/L 化2C〇3-化0H溶液，加入蒸馈 水至反应体系均为100ml，超声反应溫度均为45°C，超声功率均为100W，超声作用时间分别 为2〇111；[]1、3〇1]1；[]1、4〇1]1；[]1、5〇1]1；[]1，制备出的纳米氧化铜红外吸收光谱如图1所示。
[0045] 由图1可W看出，2300cnfi附近为空气中二氧化碳的吸收峰。1390cnfi附近为C-0键 伸缩振动吸收峰，leoocnfi附近的Ξ个吸收峰归属于H-0键的弯曲振动，表明纳米氧化铜中 有一定量的吸附水。700-480cnfi的波数范围内的吸收带为纳米氧化铜的特征吸收带。由图 可W看出k3、k4、k5S种样品在528cnfi吸收带相同，k4、k5在528cm-i、602cm-i、675cm-i处的吸 收峰相同，表明氧化铜粒径不变，运说明超声波作用时间在超过40min后对形成纳米氧化铜 的粒径的影响不大。运与SE M图相吻合，如图2所示。样品为纺键形，短径为80-100nm，长径为 280-400nm。
[0046] 3.1.2超声溫度对制备纳米氧化铜红外光谱的影响
[0047] 取Ξ份20ml 0.25mol/L CuS〇4溶液，20ml 0.6mol/L 化2C〇3-化0H溶液，加入蒸馈 水至反应体系均为100ml，超声功率均为100W，超声作用时间均为40min，超声反应溫度分别 为45°0、55°0、65^：，制备出的纳米氧化铜红外吸收光谱如图3所示。
[0048] 由图3可知，谱线k7在2300cnfi附近的吸收峰消失说明二氧化碳在65°C的反应体系 中消失。1620cnri、1500cnfi、1350cnri附近的吸收峰强度和吸收峰位置几乎不变，由于吸收 峰的位置随粒径增大而向长波方向移动，反应体系溫度升高，eOOcnfi附近吸收峰减小说明 氧化铜粒径可能有一定的减小趋势。超声反应溫度为65°C时，690cnfi左右的特征吸收峰消 失，故反应溫度必须适当控制。由此可知制备纳米氧化铜的较佳反应溫度为55°C。
[0049] 3.1.3表面活性剂种类对纳米氧化铜红外光谱的影响
[00加]取Ξ份20ml 0.25mol/L CuS〇4溶液，20ml 0.6mol/L 化2C〇3-化0H溶液，超声反应 溫度为均45°C，超声功率均为100W，超声反应时间均为40min，在曰4中加5ml阳G300，b4中加 入5ml十二烷基苯横酸钢溶液，加入蒸馈水至反应体系均为100ml，制备出的纳米氧化铜红 外吸收光谱如图4所示。
[0051] 由图4可知，在制备纳米氧化铜过程中加入表面活性剂，700-480cnfi范围内的产物 氧化铜的特征吸收峰略有变化，加入表面活性剂PEG300、十二烷基苯横酸钢后，在528cm-i、 eOOcnfi附近的吸收峰向低波数区移动。表面活性剂能提高微粒表面活性，改善粒子与其他 物质、粒子与粒子之间的相容性，改变粉体的分散性，防团聚。
[0052] 将上述实验的超声反应溫度由45°C变为65°C，得到纳米氧化铜红外光谱如图5所 /J、- 〇
[0053] 超声反应溫度为65°C时，体系中加入十二烷基苯横酸钢，2300cnfi波数附近的吸收 峰消失，说明十二烷基苯横酸钢作为表面活性剂具有消泡作用;65°C在690cnfi附近的吸收 峰消失。
[0054] 3.1.4表面活性剂的量对纳米氧化铜红外光谱的影响
[0055]取Ξ份20ml 0.25mol/L CuS〇4溶液，20ml 0.6mol/L 化2C0厂化0H溶液，日4、7日4、 9曰4分别为体系中加51111、71111、91111阳6300，加入蒸馈水至反应体系均为1001111，超声反应时 间均40min，超声反应溫度均为45°C，超声功率均为lOOW，制备出的纳米氧化铜红外吸收光 谱如图6所示。
[0056] 由图6可见，谱线7a4、9a4中，2300cnfi附近的二氧化碳吸收峰消失，说明表面活性 剂PEG300随着加入量增加，消泡作用增强;随着PEG300的加入量增加，520cm-i附近氧化铜特 征吸收峰红移，可见氧化铜粒径有增大的趋势。样品7a4谱线在600cnfi、690cnri附近波数最 小。PEG300加入量较少，在氧化铜颗粒表面或颗粒之间斥力较小，不能阻止颗粒之间靠犹而 发生团聚。随着改性剂用量增加，分散效果增强，但加入量过多，大分子表面改性剂阻止粒 子间的自由移动，使粒子团聚长大，表面改性剂相互联结，促使颗粒靠犹，分散作用减弱。综 合分析可知25g/L的表面活性剂PEG300的最佳加入量为7ml。
[0057] 将PEG300改为十二烷基苯横酸钢溶液，重复上述实验，得到的纳米氧化铜红外光 谱图如图7所示。
[0058] 由图7可知，2910cm-i附近可能为烷基中C-H键对称伸缩吸收峰，表明活性剂过量； 2300cnfi附近二氧化碳吸收峰消失，说明过量的十二烷基苯横酸钢有一定的消泡作用;样品 7b4、9b4的谱线相对样品b4谱线在690cnfi、520cnri附近均发生红移。十二烷基苯横酸钢的 最佳加入量为5ml。
[0059] 3.2纳米氧化铜的催化作用
[0060] 空白实验:在配好的过氧化氨溶液中，不加氧化铜样品，在第30min后测定过氧化 氨溶液的紫外吸收光谱，与加入氧化铜样品k4的过氧化氨溶液的紫外吸收光谱作比较，如 图8所示。
[0061] 由图8可知，含氧化铜和不含氧化铜的过氧化氨溶液体系连续紫外吸收光谱在第 30min时的变化对比可W看出，在第30min时，没有加氧化铜的过氧化氨紫外吸收光谱无明 显变化，说明过氧化氨只有极少量分解。含氧化铜的过氧化氨吸收光谱在206nm处的吸收峰 发生明显下降，说明氧化铜对过氧化氨分解具有很好的催化作用。
[0062] 比较分别加入纳米氧化铜样品k4、a4、b4对过氧化氨分解的催化作用，如图9所示。
[0063] 由图9,在第30min，改性的样品a4、b4催化过氧化氨分解的紫外吸收光谱与未改性 的样品k4比较，前者吸光度较大，过氧化氨分解量较少，说明样品k4的催化作用较好，原因 可能是改性后的纳米氧化铜表面包覆一定量的改性剂，阻止了纳米氧化铜粒子与过氧化氨 的接触。样品曰4催化过氧化氨分解的吸光度比样品b4小，过氧化氨分解多，因此样品曰4的催 化作用比样品b4好。
[0064] 结论如下：
[0065] (1)超声波的福射作用可W阻止粒子之间的团聚和长大，能够破碎团聚体，有利于 纳米氧化铜的制备。超声波的能量作用主要表现在改变临界成核从而改变颗粒的成核速 率，超声能量越高，成核越快。
[0066] 实验制备纳米氧化铜的最佳超声作用时间40min，较佳超声反应溫度为55°C。
[0067] (2)纳米氧化铜制备过程中加入表面活性剂PEG300、十二烷基苯横酸钢，二者都具 有一定的分散作用，可防止粒子的团聚，制备出粒径较小的纳米氧化铜粒子。PEG300、十二 烷基苯横酸钢的最佳加入量分别为7ml、5ml。
[006引（3)纳米氧化铜具有良好的催化作用，经PEG300和十二烷基苯横酸钢改性的纳米 氧化铜样品对过氧化氨分解的催化性能均略有降低，且前者的催化性能较后者更低，运与 纳米氧化铜表面包覆的改性剂的量与种类有关。
【主权项】
1. 一种测定纳米氧化铜改性前后对过氧化氢分解的催化作用影响的方法，其特征在 于，以CuS〇4 · 5H20为铜盐、Na2C〇3-NaOH为沉淀剂，采用直接沉淀法制备纳米氧化铜，并辅助 超声波作用，在制备过程中加入不同的表面活性剂，测定超声作用时间、超声反应温度、表 面活性剂种类及用量对制备纳米氧化铜及其红外光谱图的影响，将制备得到的样品加入到 已配制好的过氧化氢溶液中，利用双光束紫外可见分光光度计测定纳米氧化铜对过氧化氢 分解的催化作用。2. 根据权利要求1所述的一种测定纳米氧化铜改性前后对过氧化氢分解的催化作用影 响的方法，其特征在于，所述的超声波功率为100W。3. 根据权利要求1或2所述的一种测定纳米氧化铜改性前后对过氧化氢分解的催化作 用影响的方法，其特征在于，测定制备纳米氧化铜的超声作用时间分别为20min、30min、 40min、50min和60min〇4. 根据权利要求3所述的一种测定纳米氧化铜改性前后对过氧化氢分解的催化作用影 响的方法，其特征在于，测定制备纳米氧化铜的超声反应温度分别为45°C、55°C和65°C。5. 根据权利要求1所述的一种测定纳米氧化铜改性前后对过氧化氢分解的催化作用影 响的方法，其特征在于，在制备过程中加入不同的表面活性剂为PEG300或十二烷基苯磺酸 钠。6. 根据权利要求5所述的一种测定纳米氧化铜改性前后对过氧化氢分解的催化作用影 响的方法，其特征在于，PEG300或十二烷基苯磺酸钠的加入量分别为9ml、7ml和5ml。
【专利摘要】本发明公开了一种测定纳米氧化铜改性前后对过氧化氢分解的催化作用影响的方法，属于化工领域，包括以下步骤：以CuSO4·5H2O为铜盐、Na2CO3-NaOH为沉淀剂，采用直接沉淀法制备纳米氧化铜，并辅助超声波作用，在制备过程中加入不同的表面活性剂，测定超声作用时间、超声反应温度、表面活性剂种类及用量对制备纳米氧化铜及其红外光谱图的影响。本发明的有益效果如下：本发明制备过程中采用不同的表面活性剂对纳米氧化铜进行表面改性，利用紫外可见分光光度计测定纳米氧化铜对过氧化氢分解的催化作用，以便在科研领域进一步研究纳米氧化铜的催化性能，可以更好的应用于工业生产及科研领域。
【IPC分类】G01N21/31, G01N1/28, G01N21/3563
【公开号】CN105486649
【申请号】CN201510817915
【发明人】程敬泉
【申请人】衡水学院
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年11月23日
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