基本信息
- 项目名称：
- 热分解制备具有生物微纳米结构氧化铜晶体的化学方法
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 本作品以自然界中生物模板作为载体，将其浸泡在硫酸铜溶液中以吸附硫酸铜，烘干后经过煅烧以去除生物模板，得到的分解产物，即为具有生物形貌遗传的微纳米氧化铜晶体。
- 详细介绍：
- （1）选择自然界中各种生物体系（蚕茧、树木、高粱杆等）或其相关的人工产物（纸张、棉布等），对其进行预处理:先配制一定浓度的NaOH溶液，将待处理材料放置其中侵泡煮沸或者水浴加热（可根据材料的性能选择适当的方法），用蒸馏水超声清洗数次后，放入草酸和硫酸的混合液中超声处理。静置一段时间后，从母液中取出，用蒸馏水超声清洗数次，在80℃条件下烘干，制成生物模板，作为载体；（2）将生物模板置于硫酸铜溶液中进行液相处理，包括自然浸泡、超声浸泡等处理方法以达到合适的吸附量；（3）通过煅烧作用，去除生物模板，并且得到分解产物，从而得到具有生物形貌遗传的微纳米结构的氧化铜。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 作品设计、发明的目的： 通过一种简单热分解制备具有生物微纳米结构氧化铜晶体，以克服目前纳米氧化铜制备方法中存在的成本高、工艺复杂、能耗较多等缺点。 基本思路： 本作品以自然界中生物模板作为载体，将其浸泡在硫酸铜溶液中以吸附硫酸铜，烘干后经过煅烧以去除生物模板，得到的分解产物，即为具有生物形貌遗传的微纳米氧化铜晶体。 主要创新点： 1.环境友好，成本低。 2.反应原理简单。仅以硫酸铜一种试剂作为反应物，为使反应顺利进行，引入生物模板作为“载体”来吸足够量的硫酸铜，在一定温度下完成分解反应，并去除“载体”，得到纯净的并遗传了“载体”形貌的氧化铜。 3.实验设备简单，操作环节少，重复性好。 技术关键： ① 如何选择合适的生物材料作为载体； ② 如何探索出最佳的陈化时间、最佳的煅烧温度。 主要技术指标： 通过扫描电子显微镜确定氧化铜晶体材料的形貌，X-射线粉末衍射进一步确定产品的纯度。 结果证明：以棉布为模板，超声浸泡30min，陈化24h，煅烧温度为800oC时，形貌和结晶度最佳；以蚕茧为模板，超声浸泡60min，陈化24h，煅烧温度为900℃时，形貌和结晶度最佳；以高粱芯为模板，超声浸泡30min，陈化24h，煅烧温度为600℃时，形貌和结晶度最佳。
科学性、先进性
- 氧化铜是一种重要的无机功能材料，纳米氧化铜的制备已经开发出直接沉淀法、溶胶凝胶法、固相合成法、水热法等多种合成工艺,近些年来还出现了压力热液法、激光蒸凝法等新工艺。以上方法有的所需试剂种类较多，还用到大量有机溶剂，成本较高，不易于工业化生产；有的合成工艺比较繁琐，对设备要求高；有的不能够较好的调控纳米粒子的大小和形貌，造成对材料性能的不良影响。 因此，寻找一种原料易得、操作简单、重复性好的方法，来制备具有生物结构的微纳米结构CuO晶体仍然是需要研究和解决的问题。本作品克服目前纳米氧化铜制备方法中存在的成本高、工艺复杂、能耗较多等缺点。提供一种绿色环保、成本低廉、操作简单，以自然界中生物模板作为载体，只用一种试剂，利用热分解反应即可制得高纯度具有生物微纳米结构氧化铜的方法。
获奖情况及鉴定结果
- 1.作品在2009年4月份于许昌学院获得一等奖 2.作品在2009年5月份豫晨奖学金评定过程中进行答辩，以PPT形式展示。
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 通过许昌学院表面微纳米材料研究所
作品可展示的形式
- PPT、word等以图片和文字形式
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 技术特点： 1）本作品中制备氧化铜所选用模板材料价格低廉、简单易得。制得的氧化铜微米晶体材料具有较好的结构和形貌，适合用于特定结构的材料中。 2）反应原理简单。 技术优势： 本作品克服目前纳米氧化铜制备方法中存在的成本高、工艺复杂、能耗较多等缺点。提供一种绿色环保、成本低廉、操作简单，以自然界中生物模板作为载体，只用一种试剂，利用热分解反应即可制得高纯度具有生物微纳米结构氧化铜的方法。 市场分析和经济效益预测： 市售棉布的主要成分是天然纤维素，而纤维素主要是多糖，多糖是生命的物质基础，以多糖为模板模拟生物矿化的形成有助于从分子水平上理解生物矿化的结构和性能的关系。蚕茧、高粱芯作为自然界中的物质，能够应用于制备特殊构型的氧化铜，为其他物质的形貌控制提供了借鉴依据。在今后的生活中，有些材料若必须在特定构型中被应用，那么这种模板法无疑是一种创新，使得材料被更好的被应用。
同类课题研究水平概述
- 2010年，鞠剑峰等（人工晶体学报，第39卷，第3期,776-779）以 Cu (NO3 ) 2•3H2O为原料，加入 NaOH或 NaOH +Na2CO3水溶液沉淀剂，生成 Cu (OH) 2或 Cu2 (OH) 2CO3沉淀作前驱物，采用乙醇与水混合溶剂热法制备不同形貌的 CuO。但是反应物多，过程中涉及到离心沉降、抽滤、洗涤等多项操作，对反应条件要求较严格，还需控制一定的pH。2003 年，范中丽等（人工晶体学报，第32卷，第4期，356-360）以硫酸铜和氢氧化钠为原料采用压力热液法，制备出了疏松的、薄片状的, 粒子厚度约为20 nm，长度为600－800 nm的氧化铜超细粉体，但该过程对滴加速度、压力、pH等要求较为严格，还需用到惰性气体，工艺条件复杂。 早在1984年，John Wiley等人（International Journal of Chemical Kinetics,vol.16，655-668）发表了题为“Kinetics of Thermal DecomDecomposition of to CuSO4•5H2O to CuO”的学术论文，从动力学角度研究了由CuSO4•5H2O分解到CuO的机理，主要针对压力、温度、及升温速率和煅烧所用坩埚材质等对产物的影响，但到目前为止，还没有利用CuSO4•5H2O分解反应来制备具有特殊微纳米结构CuO晶体的报道。
