含銅金屬復(fù)合氧化物光催化材料的制備方法
【專利摘要】一種含銅金屬復(fù)合氧化物光催化材料的制備方法，將銅和鋯放入真空電弧爐，抽真空后充氬氣，開始熔煉，待銅和鋯熔化后保持60~90s，冷卻得到合金熔錠并翻轉(zhuǎn)，重復(fù)4次~6次，將合金熔錠放入熔體快淬甩帶設(shè)備，抽真空后充氬氣，使用磁感應(yīng)加熱的方式熔煉，待完全熔化后形成熔體，打開氣壓閥，將熔體噴射到快速旋轉(zhuǎn)的銅輥表面，得到連續(xù)的非晶合金條帶，將非晶合金條帶放入陶瓷杯中，陶瓷杯包括陶瓷底座，在陶瓷底座上連有陶瓷杯罩，在陶瓷杯罩上設(shè)進(jìn)氣孔、觀察視窗和石墨電極，在陶瓷底座上滑動連有引火石墨電極，將非晶合金條帶的一端與石墨電極連接，充氧氣后將引火石墨電極向非晶合金條推送，接觸，產(chǎn)生電火花，點(diǎn)燃合金帶材。
【專利說明】含銅金屬復(fù)合氧化物光催化材料的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種具有顯著光催化特性的金屬氧化物微米/納米復(fù)合材料的制備 方法，特別是含銅金屬復(fù)合氧化物光催化材料的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 金屬氧化物是重要的催化材料。氧化銅（CuOXu2O)為p型半導(dǎo)體，其在氣敏傳感 與檢測以及有機(jī)合成工業(yè)上被廣泛使用。二氧化鈦（TiO 2)和氧化鋯（ZrO2)為η型半導(dǎo)體。 二氧化鈦?zhàn)鳛楣獯呋牧弦驯粡V泛地應(yīng)用于污水處理。ZrO 2作為的催化劑被廣泛地應(yīng)用于 大氣防治與有機(jī)合成中。另一方面，在現(xiàn)有金屬氧化物材料中摻雜其他元素是提高原始材 料催化、氣敏及鋰電性能的重要手段。在某一基體中摻雜其他金屬或非金屬元素及其化合 物形式能夠很好的提高其功能特性。而目前最常見的用于摻雜的元素包括貴金屬或稀土元 素。銅元素經(jīng)常被摻雜到氧化鋯或二氧化鈦中，能夠顯著的提高材料的催化活性。現(xiàn)有的 研究表明，Cu元素的含量越高，CuZrTi氧化物復(fù)合材料的催化性能越高。而目前濕法化學(xué) 已報道的類似復(fù)合材料的最高Cu元素含量不超過30wt. %。
[0003] 作為金屬的氧化物，其最基本的產(chǎn)生過程可以描述為金屬元素與氧元素的結(jié)合過 程。眾所周知，金屬元素在純氧氣氛中可以發(fā)生劇烈的氧化反應(yīng)，即燃燒反應(yīng)。為此我們提 出用合金與氧反應(yīng)直接制備金屬氧化物，并通過合金成分的調(diào)整實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)物成分的控制。 但是，目前金屬氧化物半導(dǎo)體，特別是介觀尺度以下的金屬氧化物材料的制備方法絕大多 數(shù)采用濕法化學(xué)方法制備，其制備過程均存在大量的化學(xué)反應(yīng)，加之使用的原料多為金屬 鹽類或金屬堿類。而這些過程由于化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)及熱力學(xué)的局限性，帶來反應(yīng)不充分及 副產(chǎn)物的產(chǎn)生，這些副產(chǎn)物的無序排放或回收不當(dāng)都會對環(huán)境造成不利影響。而通過合金 的燃燒反應(yīng)，可以避免副產(chǎn)物的產(chǎn)生。對于傳統(tǒng)的凝固方法，合金凝固過程不可避免的存在 著成分偏析，這對獲得成分均勻的金屬氧化物不利。然而，對于制備非晶態(tài)合金需要快速冷 卻，成分偏析過程被避免，因此，非晶態(tài)合金在成分上是均勻的。另一方面，由于非晶態(tài)合金 結(jié)構(gòu)本質(zhì)上是亞穩(wěn)態(tài)，非晶合金自身體系的能量較傳統(tǒng)合金高，因而其在氧氣中發(fā)生燃燒 反應(yīng)相對于晶態(tài)合金更容易。在濕法化學(xué)制備過程中，要獲得理想尺寸金屬氧化物，需要降 低制備過程中的反應(yīng)動力學(xué)條件，促使反應(yīng)以比較緩慢的速率進(jìn)行，因此，濕法化學(xué)的過程 較長。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種含銅金屬復(fù)合氧化物光催化材料的制備方法。本發(fā)明所 涉及的制備方法通過燃燒非晶態(tài)合金帶材制備出具有多種氧化物復(fù)合的功能材料，在制備 過程中無對環(huán)境有不利影響的副產(chǎn)物產(chǎn)生，在制備產(chǎn)品所耗費(fèi)的時間較短，具有較高的生 產(chǎn)效率。
[0005] 本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0006] 本發(fā)明所述的一種含銅金屬復(fù)合氧化物光催化材料的制備方法，包括以下步驟：
[0007] 步驟11將銅和鋯放入真空電弧爐并放置在同一個熔煉工位，關(guān)閉電弧爐各封閉 閘門，開始對樣品室進(jìn)行抽真空，當(dāng)真空度達(dá)到5X KT3Pa時，關(guān)閉抽氣裝置，保持IOmin 后，重新開啟抽氣裝置，當(dāng)真空度達(dá)到9Xl(T4Pa時，關(guān)閉抽氣裝置，然后向真空電弧爐內(nèi) 充純度為99. 9 %的氬氣至真空電弧爐內(nèi)真空度達(dá)到0. 05Mpa，所述銅和鋯中的銅含量為 30at. %?70at. %，余量為鋯，
[0008] 步驟12開始熔煉，待銅和鋯熔化后保持60?90s，停止熔煉，爐內(nèi)冷卻至室溫，得 到合金熔錠并翻轉(zhuǎn)合金熔錠，熔煉時使用電壓為30V?50V，電流為150A?250A，
[0009] 步驟13重復(fù)4次?6次步驟12，
[0010] 步驟14將步驟13得到的合金熔錠放入熔體快淬甩帶設(shè)備內(nèi)的底部留有噴嘴的石 英管中，抽真空，當(dāng)真空度達(dá)到5X KT3Pa時，關(guān)閉抽氣裝置，向熔體快淬甩帶設(shè)備內(nèi)充入純 度為99. 9%的氬氣至熔體快淬甩帶設(shè)備內(nèi)真空度達(dá)到0. 05Mpa，使用磁感應(yīng)加熱的方式進(jìn) 行熔煉，功率25?35kW，待完全熔化后形成熔體，打開氣壓閥，將熔體噴射到快速旋轉(zhuǎn)的銅 輥表面，噴射時噴嘴距銅棍表面垂直距離3mm，銅輥旋轉(zhuǎn)線速度30?45m/s，得到連續(xù)的非 晶合金條帶，條帶寬約2mm，厚約20?30 μ m，
[0011] 步驟15將非晶合金條帶放入陶瓷杯中，所述的陶瓷杯包括陶瓷底座，在陶瓷底座 上密封且可卸式連接有陶瓷杯罩，在陶瓷杯罩上設(shè)有進(jìn)氣孔、觀察視窗和石墨電極，在所述 陶瓷底座上滑動連接有引火石墨電極，所述非晶合金條帶放入陶瓷杯后，將非晶合金條帶 的一端與石墨電極連接，通過進(jìn)氣孔向陶瓷杯中沖入氧氣氮?dú)饣旌蠚怏w或純度> 99. 9%的 氧氣，所述氧氣氮?dú)饣旌蠚怏w中的N2含量60vol. %?80vol. %，最后，在石墨電極和引火 石墨電極施加35V50Hz的交流電,再將引火石墨電極向非晶合金條推送,并與合金帶接觸， 產(chǎn)生電火花，點(diǎn)燃合金帶材，燃燒反應(yīng)完畢后所得產(chǎn)物為銅鋯復(fù)合氧化物光催化材料。
[0012] 本發(fā)明所述的另一種含銅金屬復(fù)合氧化物光催化材料的制備方法，包括以下步 驟：
[0013] 步驟21按照銅、鋯和鈦的原子百分比，將銅、鋯和鈦放入真空電弧爐并放置在同 一個熔煉工位，關(guān)閉電弧爐各封閉閘門，開始對樣品室進(jìn)行抽真空，當(dāng)真空度達(dá)到5 X KT3Pa 時，關(guān)閉抽氣裝置，保持IOmin后，重新開啟抽氣裝置，當(dāng)真空度達(dá)到9 X KT4Pa時，關(guān)閉抽氣 裝置，然后向真空電弧爐內(nèi)充純度為99. 9%的氬氣至真空電弧爐內(nèi)真空度達(dá)到0. 05Mpa， 所述銅和鋯中的銅含量為30at. %?70at. %，余量為鋯和鈦，
[0014] 步驟22開始熔煉，待銅、鋯和鈦熔化后保持60?90s，停止熔煉，爐內(nèi)冷卻至室溫， 得到合金熔錠并翻轉(zhuǎn)合金熔錠，熔煉時使用電壓為30V?50V，電流為150A?250A，
[0015] 步驟23重復(fù)4次?6次步驟22，
[0016] 步驟24將步驟23得到的合金熔錠放入熔體快淬甩帶設(shè)備內(nèi)的底部留有噴嘴的石 英管中，抽真空，當(dāng)真空度達(dá)到5X KT3Pa時，關(guān)閉抽氣裝置，向熔體快淬甩帶設(shè)備內(nèi)充入純 度為99. 9%的氬氣至熔體快淬甩帶設(shè)備內(nèi)真空度達(dá)到0. 05Mpa，使用磁感應(yīng)加熱的方式進(jìn) 行熔煉，功率25?35kW，完全熔化后形成熔體，打開氣壓閥，將熔體噴射到快速旋轉(zhuǎn)的銅輥 表面，噴射時噴嘴距銅棍表面垂直距離3mm，銅輥旋轉(zhuǎn)線速度30?45m/s，得到連續(xù)的非晶 合金條帶，條帶寬約2mm，厚約20?30 μ m，
[0017] 步驟25將非晶合金條帶放入陶瓷杯中，所述的陶瓷杯包括陶瓷底座，在陶瓷底座 上密封且可卸式連接有陶瓷杯罩，在陶瓷杯罩上設(shè)有進(jìn)氣孔、觀察視窗和石墨電極，在所述 陶瓷底座上滑動連接有引火石墨電極，所述非晶合金條帶放入陶瓷杯后，將非晶合金條帶 的一端與石墨電極連接，通過進(jìn)氣孔向陶瓷杯中沖入氧氣氮?dú)饣旌蠚怏w或純度> 99. 9%的 氧氣，所述氧氣氮?dú)饣旌蠚怏w中的N2含量60vol. %?80vol. %，最后，在石墨電極和引火 石墨電極施加35V50Hz的交流電,再將引火石墨電極向非晶合金條推送,并與合金帶接觸， 產(chǎn)生電火花，點(diǎn)燃合金帶材，燃燒反應(yīng)完畢后所得產(chǎn)物為銅鋯鈦復(fù)合氧化物光催化材料。
[0018] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0019] (1)制備過程不涉及有毒氣體排放。在整個制備過程中，使用的氣體為常見安全氣 體，氧氣和氮?dú)?，無其他氣體；并且燃燒反應(yīng)也不會產(chǎn)生任何氣體。
[0020] (2)制備過程不涉及有毒及任何含金屬溶液的產(chǎn)生。在使用濕法化學(xué)制備過程中， 均要使用金屬鹽類及其溶液。而通過燃燒合金可以避免使用這些金屬鹽類及其溶液。此外， 在制備過程也不會有任何反應(yīng)產(chǎn)物設(shè)計(jì)這些鹽類和溶液。
[0021] (3)制備過程較濕法化學(xué)過程所需要時間明顯減少。在濕法化學(xué)制備過程中，為了 獲得成分均勻性能優(yōu)良的氧化物材料，通常需要降低反應(yīng)動力學(xué)過程，故需要較長時間。而 燃燒反應(yīng)為劇烈反應(yīng)，動力學(xué)過程較快，反應(yīng)時間較短。
[0022] (4)相對于傳統(tǒng)合金燃燒，非晶態(tài)合金在成分上是均勻的，非晶合金自身體系的能 量較傳統(tǒng)合金高，因而其在氧氣中發(fā)生燃燒反應(yīng)相對于晶態(tài)合金更容易，制備出的產(chǎn)物成 分均勻。
[0023] (5)成分可以在較大范圍內(nèi)選取，便于很好地控制?，F(xiàn)有的旋淬（通過甩帶機(jī)實(shí) 現(xiàn)）技術(shù)足以滿足絕大多數(shù)非晶合金薄帶的生產(chǎn)，即合金成分不會對非晶合金薄帶的生產(chǎn) 造成實(shí)質(zhì)的影響，故本專利所涉及的方法可以滿足絕大多數(shù)金屬氧化物復(fù)合材料的生產(chǎn)。
[0024] (6)所制備的氧化物材料中的銅元素的含量最高可達(dá)65at. %。根據(jù)第5點(diǎn)，合金 成分可以在較大范圍內(nèi)變化，因此可以有效的提高任何一種元素的含量?，F(xiàn)有的制備方法 沒有制備出銅元素含量超過30at. %類似金屬氧化物材料。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025] 圖1實(shí)施例1產(chǎn)物的X射線衍射圖。
[0026] 圖2實(shí)施例1產(chǎn)物的掃描電鏡圖。
[0027] 圖3實(shí)施例1產(chǎn)物表面的掃描電鏡圖。
[0028] 圖4實(shí)施例1產(chǎn)物的X射線能譜圖。
[0029] 圖5是本發(fā)明陶瓷杯的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030] 圖6是本發(fā)明陶瓷杯的剖視圖。
[0031] 圖7實(shí)施例1產(chǎn)物降解亞甲基藍(lán)燃料實(shí)驗(yàn)（相對濃度-時間曲線），時間達(dá)到 60min時，亞甲基藍(lán)的相對濃度僅有3%。

【具體實(shí)施方式】
[0032] 本發(fā)明所述的一種含銅金屬復(fù)合氧化物光催化材料的制備方法，包括以下步驟：
[0033] 步驟11將銅和鋯放入真空電弧爐（中國科學(xué)院沈陽科學(xué)儀器有限公司生產(chǎn)）并 放置在同一個熔煉工位，關(guān)閉電弧爐各封閉閘門，開始對樣品室進(jìn)行抽真空，當(dāng)真空度達(dá)到 5 X KT3Pa時，關(guān)閉抽氣裝置，保持IOmin后，重新開啟抽氣裝置，當(dāng)真空度達(dá)到9 X KT4Pa 時，關(guān)閉抽氣裝置，然后向真空電弧爐內(nèi)充純度為99. 9%的氬氣至真空電弧爐內(nèi)真空度達(dá) 到0. 05Mpa，所述銅和鋯中的銅含量為30at. %?70at. %，余量為鋯，
[0034] 步驟12開始熔煉，待銅和鋯熔化后保持60?90s，停止熔煉，爐內(nèi)冷卻至室溫，得 到合金熔錠并翻轉(zhuǎn)合金熔錠，熔煉時使用電壓為30V?50V，電流為150A?250A，
[0035] 步驟13重復(fù)4次?6次步驟12，
[0036] 步驟14將步驟13得到的合金熔錠放入熔體快淬甩帶設(shè)備（北京物科光電科技有 限公司生產(chǎn)）內(nèi)的底部留有噴嘴的石英管中，抽真空，當(dāng)真空度達(dá)到5 X KT3Pa時，關(guān)閉抽氣 裝置，向熔體快淬甩帶設(shè)備內(nèi)充入純度為99. 9%的氬氣至熔體快淬甩帶設(shè)備內(nèi)真空度達(dá)到 0. 05Mpa，使用磁感應(yīng)加熱的方式進(jìn)行熔煉，功率25?35kW，待完全熔化后形成熔體，打開 氣壓閥，將熔體噴射到快速旋轉(zhuǎn)的銅輥表面，噴射時噴嘴距銅棍表面垂直距離3mm，銅輥旋 轉(zhuǎn)線速度30?45m/s，得到連續(xù)的非晶合金條帶，條帶寬約2mm，厚約20?30 μ m，
[0037] 步驟15將非晶合金條帶放入陶瓷杯（原理圖如圖5和圖6所示）中，所述的陶瓷 杯包括陶瓷底座1，在陶瓷底座1上密封且可卸式連接有陶瓷杯罩2,在陶瓷杯罩2上設(shè)有 進(jìn)氣孔21、觀察視窗22和石墨電極3,在所述陶瓷底座1上滑動連接有引火石墨電極4,所 述非晶合金條帶放入陶瓷杯后，將非晶合金條帶的一端與石墨電極3連接，通過進(jìn)氣孔21 向陶瓷杯中沖入氧氣氮?dú)饣旌蠚怏w或純度> 99. 9%的氧氣，所述氧氣氮?dú)饣旌蠚怏w中的N2 含量60vol. %?80vol. %，最后，在石墨電極和引火石墨電極施加35V50HZ的交流電，再將 引火石墨電極向非晶合金條推送，并與合金帶接觸，產(chǎn)生電火花，點(diǎn)燃合金帶材，燃燒反應(yīng) 完畢后所得產(chǎn)物為銅鋯復(fù)合氧化物光催化材料。
[0038] 本發(fā)明所述的另一種含銅金屬復(fù)合氧化物光催化材料的制備方法，包括以下步 驟：
[0039] 步驟21按照銅、鋯和鈦的原子百分比，將銅、鋯和鈦放入真空電弧爐并放置在同 一個熔煉工位，關(guān)閉電弧爐各封閉閘門，開始對樣品室進(jìn)行抽真空，當(dāng)真空度達(dá)到5 X KT3Pa 時，關(guān)閉抽氣裝置，保持IOmin后，重新開啟抽氣裝置，當(dāng)真空度達(dá)到9 X KT4Pa時，關(guān)閉抽氣 裝置，然后向真空電弧爐內(nèi)充純度為99. 9%的氬氣至真空電弧爐內(nèi)真空度達(dá)到0. 05Mpa， 所述銅和錯中的銅含量為30at. ?70at. *%，余量為錯和欽，本發(fā)明中，錯和欽之比可以 是任意比，合金可以由銅和鋯組成（不含鈦）；也可由銅和鈦（不含鋯）；還可由銅、鋯和鈦 組成，即含鋯，也含鈦，鋯及鈦之比是任意比，
[0040] 步驟22開始熔煉，待銅、鋯和鈦熔化后保持60?90s，停止熔煉，爐內(nèi)冷卻至室溫， 得到合金熔錠并翻轉(zhuǎn)合金熔錠，熔煉時使用電壓為30V?50V，電流為150A?250A，
[0041] 步驟23重復(fù)4次?6次步驟22，
[0042] 步驟24將步驟23得到的合金熔錠放入熔體快淬甩帶設(shè)備內(nèi)的底部留有噴嘴的石 英管中，抽真空，當(dāng)真空度達(dá)到5X KT3Pa時，關(guān)閉抽氣裝置，向熔體快淬甩帶設(shè)備內(nèi)充入純 度為99. 9%的氬氣至熔體快淬甩帶設(shè)備內(nèi)真空度達(dá)到0. 05Mpa，使用磁感應(yīng)加熱的方式進(jìn) 行熔煉，功率25?35kW，完全熔化后形成熔體，打開氣壓閥，將熔體噴射到快速旋轉(zhuǎn)的銅輥 表面，噴射時噴嘴距銅棍表面垂直距離3mm，銅輥旋轉(zhuǎn)線速度30?45m/s，得到連續(xù)的非晶 合金條帶，條帶寬約2mm，厚約20?30 μ m，
[0043] 步驟25將非晶合金條帶放入陶瓷杯中，所述的陶瓷杯包括陶瓷底座1，在陶瓷底 座1上密封且可卸式連接有陶瓷杯罩2,在陶瓷杯罩2上設(shè)有進(jìn)氣孔21、觀察視窗22和石 墨電極3,在所述陶瓷底座1上滑動連接有引火石墨電極4,所述非晶合金條帶放入陶瓷杯 后，將非晶合金條帶的一端與石墨電極3連接，通過進(jìn)氣孔21向陶瓷杯中沖入氧氣氮?dú)饣?合氣體或純度>99. 9 %的氧氣，所述氧氣氮?dú)饣旌蠚怏w中的N2含量60vol. %?80vol. %， 最后，在石墨電極和引火石墨電極施加35V50Hz的交流電，再將引火石墨電極向非晶合金 條推送，并與合金帶接觸，產(chǎn)生電火花，點(diǎn)燃合金帶材，燃燒反應(yīng)完畢后所得產(chǎn)物為銅鋯鈦 復(fù)合氧化物光催化材料。
[0044] 本發(fā)明在進(jìn)行金屬氧化物成分的設(shè)計(jì)時，分設(shè)計(jì)入手。為此，根據(jù)銅鋯鈦或銅鋯非 晶合金的非晶形成與鋯元素含量的關(guān)系，即合金中鋯元素的含量不低于20at. % (原子百 分比）。通過比較銅鋯鈦各元素與氧元素的結(jié)合能與標(biāo)準(zhǔn)摩爾吉布斯自由能，鋯元素的燃燒 反應(yīng)速率最快，鈦元素次之，銅元素最慢，為了降低反應(yīng)速率，降低燃燒反應(yīng)放熱量，保證銅 元素的含量，確定銅元素的含量不低于30at. %，綜合以上原因，確定二元銅鋯非晶合金或 銅、锫和鈦非晶合金的成分范圍，即：二元銅锫非晶合金中，銅含量為30at. %?70at. %, 余量為鋯，例如：銅和鋯中的銅含量為30at. %、44at. %或70at. %，余量為鋯；在銅、鋯和 鈦非晶合金中，銅含量為30at. %?70at. %，余量為鋯和鈦，銅含量具體可為30at. %、 50at. % 或 70at. %。
[0045] 本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式，但本 發(fā)明不限于這些實(shí)施例。
[0046] 實(shí)施例1
[0047] (1)制備成分為銅含量為61at. %、锫含量為34at. %、鈦含量為5at. %三元非晶 合金帶3克。帶厚度20?30 μ m。
[0048] (2)合金帶材放入陶瓷杯，陶瓷杯上端的石墨電極相連卡住合金帶材的一端，合金 帶垂直向下，中間無交聯(lián)。
[0049] (3)向陶瓷杯中沖入氬氣/氮?dú)猓w積比：氬氣/氮?dú)?80/20ν〇1· % )混合氣 體。
[0050] (4)接入電源后后（交流電源35V，50Hz)，將引火石墨電極向上推送，與合金帶接 觸，通過電火花點(diǎn)燃合金帶材，反應(yīng)即可進(jìn)行。
[0051] (5)取出產(chǎn)物，研磨5分鐘，即可獲得銅鋯鈦金屬氧化物復(fù)合材料。
[0052] 參照圖1，實(shí)施例1產(chǎn)物的X射線衍射圖表明：產(chǎn)物由ZrO2JiO2和Cu 2O組成。參 照圖2,實(shí)施例1產(chǎn)物的掃描電鏡圖表明：所得產(chǎn)物為片狀。參照圖3,實(shí)施例1片狀產(chǎn)物表 面掃描電鏡圖表明：片狀產(chǎn)物的表面由許多圓形顆粒組成。參照圖4,實(shí)施例1產(chǎn)物的X射 線能譜圖表明：產(chǎn)物中銅、鋯、鈦和氧元素的原子比為29:16:4:51。
[0053] 參照圖5,裝置上端有固定的石墨電極一根（直徑5mm)，電極的一端置于爐外，與 電源線相連；另一端置于爐內(nèi)，石墨電極爐內(nèi)部分的底部開有I. 5_的卡槽，用于卡住非晶 合金帶的一端。實(shí)驗(yàn)開始前，將非晶合金帶的一端卡在石墨電極上，另一端置于陶瓷底座中 心孔中，深入孔內(nèi)尺寸3?6mm。然后將陶瓷杯罩扣在陶瓷底座上。開始充入氣體，氣體由 裝置頂部氣孔充入，并由底部氣孔流出，流量控制在5?20mL/s。充氣3分鐘后，用絕緣電 工鉗加住已連接電源的引火石墨電極，推入陶瓷底部中心孔，當(dāng)引火石墨電極與非晶合金 帶接觸時，由于短路，將會點(diǎn)燃非晶合金帶，反應(yīng)即開始，這時可以抽出引火石墨電極。反應(yīng) 進(jìn)行過程中，可以從裝置頂部的觀察視窗監(jiān)視實(shí)驗(yàn)進(jìn)程，當(dāng)反應(yīng)完畢，移走陶瓷罩杯，收集 產(chǎn)物。
[0054] 參照圖7,利用本發(fā)明制得的光催化材料對亞甲基藍(lán)染料進(jìn)行降解的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí) 驗(yàn)過程：將3ml雙氧水（H 2O2，濃度：30vol. % )、30mg實(shí)施例1產(chǎn)物和80mL亞甲基藍(lán)溶液 (濃度：5mg/mL)加入到反應(yīng)瓶（瓶底有圓柱形磁攪拌子一枚，尺寸：Φ5_Χ12_)中，然后 放置于光催化箱（揚(yáng)州大學(xué)城科教儀器有限公司生產(chǎn)，型號：GHX-3)中。關(guān)閉光催化箱，使 反應(yīng)避免外部其他光源影響。開啟磁攪拌，磁攪拌子轉(zhuǎn)速控制在100?200轉(zhuǎn)/分鐘。保 持30分鐘，抽取反應(yīng)溶液3mL，測量反應(yīng)溶液的紫外可見光光譜。同時開啟光源（光源：鎢 燈（功率：300W))，每隔10分鐘抽取3mL反應(yīng)溶液測量紫外可見光光譜。
[0055] 染料降解過程的速率（V )遵循Langmuir-Hinshelwood動力學(xué)模型，燃料的相對 濃度可以用式-1表示

【權(quán)利要求】
1. 一種含銅金屬復(fù)合氧化物光催化材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟11將銅和鋯放入真空電弧爐并放置在同一個熔煉工位，關(guān)閉電弧爐各封閉閘門， 開始對樣品室進(jìn)行抽真空，當(dāng)真空度達(dá)到5X1(T3 Pa時，關(guān)閉抽氣裝置，保持10 min后，重 新開啟抽氣裝置，當(dāng)真空度達(dá)到9X 1(T4 Pa時，關(guān)閉抽氣裝置，然后向真空電弧爐內(nèi)充純度 為99. 9%的氬氣至真空電弧爐內(nèi)真空度達(dá)到0.05 Mpa，所述銅和鋯中的銅含量為30 at.% ?70 at.%，余量為鋯， 步驟12開始熔煉，待銅和鋯熔化后保持6(T90s，停止熔煉，爐內(nèi)冷卻至室溫，得到合 金熔錠并翻轉(zhuǎn)合金熔錠，熔煉時使用電壓為30疒50 V，電流為150 A?250 A， 步驟13重復(fù)4次飛次步驟12， 步驟14將步驟13得到的合金熔錠放入熔體快淬甩帶設(shè)備內(nèi)的底部留有噴嘴的石英 管中，抽真空，當(dāng)真空度達(dá)到5X1(T3 Pa時，關(guān)閉抽氣裝置，向熔體快淬甩帶設(shè)備內(nèi)充入純度 為99. 9%的氬氣至熔體快淬甩帶設(shè)備內(nèi)真空度達(dá)到0. 05 Mpa，使用磁感應(yīng)加熱的方式進(jìn)行 熔煉，功率25?35 kW，待完全熔化后形成熔體，打開氣壓閥，將熔體噴射到快速旋轉(zhuǎn)的銅 輥表面，噴射時噴嘴距銅棍表面垂直距離3 mm，銅輥旋轉(zhuǎn)線速度30?45 m/s，得到連續(xù)的 非晶合金條帶，條帶寬約2 mm,厚約20?30 y m， 步驟15將非晶合金條帶放入陶瓷杯中，所述的陶瓷杯包括陶瓷底座（1)，在陶瓷底 座（1)上密封且可卸式連接有陶瓷杯罩（2)，在陶瓷杯罩（2)上設(shè)有進(jìn)氣孔（21 )、觀察視窗 (22)和石墨電極（3)，在所述陶瓷底座（1)上滑動連接有引火石墨電極（4)，所述非晶合金 條帶放入陶瓷杯后，將非晶合金條帶的一端與石墨電極（3)連接，通過進(jìn)氣孔（21)向陶瓷 杯中沖入氧氣氮?dú)饣旌蠚怏w或純度> 99. 9%的氧氣，所述氧氣氮?dú)饣旌蠚怏w中的N2含量 60 vol. %?80 vol.%，最后，在石墨電極和引火石墨電極施加35 V50 Hz的交流電，再將引 火石墨電極向非晶合金條推送，并與合金帶接觸，產(chǎn)生電火花，點(diǎn)燃合金帶材，燃燒反應(yīng)完 畢后所得產(chǎn)物為銅鋯復(fù)合氧化物光催化材料。
2. -種含銅金屬復(fù)合氧化物光催化材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟21按照銅、鋯和鈦的原子百分比，將銅、鋯和鈦放入真空電弧爐并放置在同一個 熔煉工位，關(guān)閉電弧爐各封閉閘門，開始對樣品室進(jìn)行抽真空，當(dāng)真空度達(dá)到5X 1(T3 Pa時， 關(guān)閉抽氣裝置，保持10 min后，重新開啟抽氣裝置，當(dāng)真空度達(dá)到9X1(T4 Pa時，關(guān)閉抽氣 裝置，然后向真空電弧爐內(nèi)充純度為99. 9%的氬氣至真空電弧爐內(nèi)真空度達(dá)到0. 05 Mpa， 所述銅和鋯中的銅含量為30 at.%?70 at.%，余量為鋯和鈦， 步驟22開始熔煉，待銅、鋯和鈦熔化后保持6(T90s，停止熔煉，爐內(nèi)冷卻至室溫，得到 合金熔錠并翻轉(zhuǎn)合金熔錠，熔煉時使用電壓為30疒50 V，電流為150 A?250 A， 步驟23重復(fù)4次飛次步驟22， 步驟24將步驟23得到的非晶合金熔錠放入熔體快淬甩帶設(shè)備內(nèi)的底部留有噴嘴的 石英管中，抽真空，當(dāng)真空度達(dá)到5X1(T3 Pa時，關(guān)閉抽氣裝置，向熔體快淬甩帶設(shè)備內(nèi)充入 純度為99. 9%的氬氣至熔體快淬甩帶設(shè)備內(nèi)真空度達(dá)到0. 05 Mpa，使用磁感應(yīng)加熱的方式 進(jìn)行熔煉，功率25?35 kW，完全熔化后形成熔體，打開氣壓閥，將熔體噴射到快速旋轉(zhuǎn)的 銅輥表面，噴射時噴嘴距銅棍表面垂直距離3 mm，銅輥旋轉(zhuǎn)線速度30?45 m/s，得到連續(xù) 的非晶合金條帶，條帶寬約2 mm,厚約20?30 y m， 步驟25將非晶合金條帶放入陶瓷杯中，所述的陶瓷杯包括陶瓷底座（1)，在陶瓷底 座（1)上密封且可卸式連接有陶瓷杯罩（2)，在陶瓷杯罩（2)上設(shè)有進(jìn)氣孔（21)、觀察視窗 (22)和石墨電極（3)，在所述陶瓷底座（1)上滑動連接有引火石墨電極（4)，所述非晶合金 條帶放入陶瓷杯后，將非晶合金條帶的一端與石墨電極（3)連接，通過進(jìn)氣孔（21)向陶瓷 杯中沖入氧氣氮?dú)饣旌蠚怏w或純度> 99. 9%的氧氣，所述氧氣氮?dú)饣旌蠚怏w中的N2含量 60 vol. %?80 vol.%，最后，在石墨電極和引火石墨電極施加35 V50 Hz的交流電，再將引 火石墨電極向非晶合金條推送，并與合金帶接觸，產(chǎn)生電火花，點(diǎn)燃合金帶材，燃燒反應(yīng)完 畢后所得產(chǎn)物為銅鋯鈦復(fù)合氧化物光催化材料。
【文檔編號】C01G3/02GK104445356SQ201410599312
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月30日
【發(fā)明者】潘冶, 吳繼禮, 陸韜, 王先飛, 李星洲, 景力軍, 陶詩文 申請人:東南大學(xué)