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基本信息

項目名稱：
熱分解制備具有生物微納米結(jié)構(gòu)氧化銅晶體的化學(xué)方法
小類：
能源化工
簡介：
本作品以自然界中生物模板作為載體，將其浸泡在硫酸銅溶液中以吸附硫酸銅，烘干后經(jīng)過煅燒以去除生物模板，得到的分解產(chǎn)物，即為具有生物形貌遺傳的微納米氧化銅晶體。
詳細(xì)介紹：
（1）選擇自然界中各種生物體系（蠶繭、樹木、高粱桿等）或其相關(guān)的人工產(chǎn)物（紙張、棉布等），對其進(jìn)行預(yù)處理:先配制一定濃度的NaOH溶液，將待處理材料放置其中侵泡煮沸或者水浴加熱（可根據(jù)材料的性能選擇適當(dāng)?shù)姆椒ǎ?，用蒸餾水超聲清洗數(shù)次后，放入草酸和硫酸的混合液中超聲處理。靜置一段時間后，從母液中取出，用蒸餾水超聲清洗數(shù)次，在80℃條件下烘干，制成生物模板，作為載體；（2）將生物模板置于硫酸銅溶液中進(jìn)行液相處理，包括自然浸泡、超聲浸泡等處理方法以達(dá)到合適的吸附量；（3）通過煅燒作用，去除生物模板，并且得到分解產(chǎn)物，從而得到具有生物形貌遺傳的微納米結(jié)構(gòu)的氧化銅。

作品圖片

  • 熱分解制備具有生物微納米結(jié)構(gòu)氧化銅晶體的化學(xué)方法
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  • 熱分解制備具有生物微納米結(jié)構(gòu)氧化銅晶體的化學(xué)方法

作品專業(yè)信息

設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

作品設(shè)計、發(fā)明的目的： 通過一種簡單熱分解制備具有生物微納米結(jié)構(gòu)氧化銅晶體，以克服目前納米氧化銅制備方法中存在的成本高、工藝復(fù)雜、能耗較多等缺點。 基本思路： 本作品以自然界中生物模板作為載體，將其浸泡在硫酸銅溶液中以吸附硫酸銅，烘干后經(jīng)過煅燒以去除生物模板，得到的分解產(chǎn)物，即為具有生物形貌遺傳的微納米氧化銅晶體。 主要創(chuàng)新點： 1.環(huán)境友好，成本低。 2.反應(yīng)原理簡單。僅以硫酸銅一種試劑作為反應(yīng)物，為使反應(yīng)順利進(jìn)行，引入生物模板作為“載體”來吸足夠量的硫酸銅，在一定溫度下完成分解反應(yīng)，并去除“載體”，得到純凈的并遺傳了“載體”形貌的氧化銅。 3.實驗設(shè)備簡單，操作環(huán)節(jié)少，重復(fù)性好。 技術(shù)關(guān)鍵： ① 如何選擇合適的生物材料作為載體； ② 如何探索出最佳的陳化時間、最佳的煅燒溫度。 主要技術(shù)指標(biāo)： 通過掃描電子顯微鏡確定氧化銅晶體材料的形貌，X-射線粉末衍射進(jìn)一步確定產(chǎn)品的純度。 結(jié)果證明：以棉布為模板，超聲浸泡30min，陳化24h，煅燒溫度為800oC時，形貌和結(jié)晶度最佳；以蠶繭為模板，超聲浸泡60min，陳化24h，煅燒溫度為900℃時，形貌和結(jié)晶度最佳；以高粱芯為模板，超聲浸泡30min，陳化24h，煅燒溫度為600℃時，形貌和結(jié)晶度最佳。

科學(xué)性、先進(jìn)性

氧化銅是一種重要的無機功能材料，納米氧化銅的制備已經(jīng)開發(fā)出直接沉淀法、溶膠凝膠法、固相合成法、水熱法等多種合成工藝,近些年來還出現(xiàn)了壓力熱液法、激光蒸凝法等新工藝。以上方法有的所需試劑種類較多，還用到大量有機溶劑，成本較高，不易于工業(yè)化生產(chǎn)；有的合成工藝比較繁瑣，對設(shè)備要求高；有的不能夠較好的調(diào)控納米粒子的大小和形貌，造成對材料性能的不良影響。 因此，尋找一種原料易得、操作簡單、重復(fù)性好的方法，來制備具有生物結(jié)構(gòu)的微納米結(jié)構(gòu)CuO晶體仍然是需要研究和解決的問題。本作品克服目前納米氧化銅制備方法中存在的成本高、工藝復(fù)雜、能耗較多等缺點。提供一種綠色環(huán)保、成本低廉、操作簡單，以自然界中生物模板作為載體，只用一種試劑，利用熱分解反應(yīng)即可制得高純度具有生物微納米結(jié)構(gòu)氧化銅的方法。

獲獎情況及鑒定結(jié)果

1.作品在2009年4月份于許昌學(xué)院獲得一等獎 2.作品在2009年5月份豫晨獎學(xué)金評定過程中進(jìn)行答辯，以PPT形式展示。

作品所處階段

實驗室階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

通過許昌學(xué)院表面微納米材料研究所

作品可展示的形式

PPT、word等以圖片和文字形式

使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測

技術(shù)特點： 1）本作品中制備氧化銅所選用模板材料價格低廉、簡單易得。制得的氧化銅微米晶體材料具有較好的結(jié)構(gòu)和形貌，適合用于特定結(jié)構(gòu)的材料中。 2）反應(yīng)原理簡單。 技術(shù)優(yōu)勢： 本作品克服目前納米氧化銅制備方法中存在的成本高、工藝復(fù)雜、能耗較多等缺點。提供一種綠色環(huán)保、成本低廉、操作簡單，以自然界中生物模板作為載體，只用一種試劑，利用熱分解反應(yīng)即可制得高純度具有生物微納米結(jié)構(gòu)氧化銅的方法。 市場分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測： 市售棉布的主要成分是天然纖維素，而纖維素主要是多糖，多糖是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)，以多糖為模板模擬生物礦化的形成有助于從分子水平上理解生物礦化的結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)系。蠶繭、高粱芯作為自然界中的物質(zhì)，能夠應(yīng)用于制備特殊構(gòu)型的氧化銅，為其他物質(zhì)的形貌控制提供了借鑒依據(jù)。在今后的生活中，有些材料若必須在特定構(gòu)型中被應(yīng)用，那么這種模板法無疑是一種創(chuàng)新，使得材料被更好的被應(yīng)用。

同類課題研究水平概述

2010年，鞠劍峰等（人工晶體學(xué)報，第39卷，第3期,776-779）以 Cu (NO3 ) 2?3H2O為原料，加入 NaOH或 NaOH +Na2CO3水溶液沉淀劑，生成 Cu (OH) 2或 Cu2 (OH) 2CO3沉淀作前驅(qū)物，采用乙醇與水混合溶劑熱法制備不同形貌的 CuO。但是反應(yīng)物多，過程中涉及到離心沉降、抽濾、洗滌等多項操作，對反應(yīng)條件要求較嚴(yán)格，還需控制一定的pH。2003 年，范中麗等（人工晶體學(xué)報，第32卷，第4期，356-360）以硫酸銅和氫氧化鈉為原料采用壓力熱液法，制備出了疏松的、薄片狀的, 粒子厚度約為20 nm，長度為600－800 nm的氧化銅超細(xì)粉體，但該過程對滴加速度、壓力、pH等要求較為嚴(yán)格，還需用到惰性氣體，工藝條件復(fù)雜。 早在1984年，John Wiley等人（International Journal of Chemical Kinetics,vol.16，655-668）發(fā)表了題為“Kinetics of Thermal DecomDecomposition of to CuSO4?5H2O to CuO”的學(xué)術(shù)論文，從動力學(xué)角度研究了由CuSO4?5H2O分解到CuO的機理，主要針對壓力、溫度、及升溫速率和煅燒所用坩堝材質(zhì)等對產(chǎn)物的影響，但到目前為止，還沒有利用CuSO4?5H2O分解反應(yīng)來制備具有特殊微納米結(jié)構(gòu)CuO晶體的報道。
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