几种铜基可见光光催化剂的制备及其光催化性能的研究

发布时间：2017-06-05 07:06

  本文关键词：几种铜基可见光光催化剂的制备及其光催化性能的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：光催化技术是一种新型的废水处理和空气净化技术，具有高效、稳定、绿色环保等优点，在环境污染治理方面有良好的应用前景。相比二氧化钛，氧化亚铜的禁带宽度较窄（~2.0eV），能被可见光激发，自从被报道可以在可见光的条件下将水分解生成氢气以来，它就被认为在半导体光催化技术方面有很好的应用前景，从而引起了研究者的广泛关注。但是有关氧化亚铜的制备方法及其在实际应用方面还存在很多问题，比如制备过程繁琐复杂、效率低下；在实际应用中存在着催化剂分离回收困难、循环利用率低和光催化效率低等，有待于进一步优化和改进。本论文是在前人的研究基础上，一方面对现有的氧化亚铜的制备方法进行改进和优化，使其更加简便、节能、绿色化，同时为了方便氧化亚铜粉末催化剂的分离回收并循环利用和提高氧化亚铜的光催化性能，也采用简单高效的方法，通过负载化或复合化等手段对其改性。主要研究内容和结果如下： 1.改进的固相法制备Cu2O纳米晶及其光催化性能的研究。以Cu2(OH)2CO3和H2C2O4·2H2O为原料，采用改进的固相法，通过球磨和煅烧两步制备出Cu2O纳米晶。前驱体和煅烧后的产品通过XRD和TG/DTA等手段进行表征。结果表明，，球磨反应至少进行15min，反应物才能反应完全。TG/DTA结果显示，前驱体在310℃即可分解完全。对最终产物的XRD测试结果表明，Cu2O的晶粒大小随着球磨时间的延长逐渐减小，随着煅烧时间的延长逐渐增大。另外，通过对所制备氧化亚铜光催化性能测试，结果发现，氧化亚铜在可见光的照射下对甲基橙有很好的降解效果，光照2h后Cu2O对甲基橙可以达到88.7%的降解率。 2.界面还原法制备纳米Cu2O/Ca(OH)2复合物。以CuCl2和Ca(OH)2为原料，以葡萄糖为还原剂，采用界面还原法制备出纳米Cu2O/Ca(OH)2复合物。所得样品借助X-射线衍射仪进行表征。结果表明，所得Cu2O为立方晶型，而且它的晶粒尺寸大小分布狭窄。Ca(OH)2充当双重作用，即碱源和载体的作用。通过改变实验条件，研究了反应温度、反应时间和反应物浓度等因素对Cu2O结晶程度和晶粒大小等方面的影响。 3. Cu2O/AC光催化剂的制备及其光催化性能的研究。以活性炭为载体，以醋酸铜为铜源，以乙二醇和水的混合溶液为反应溶剂，通过回流强迫水解和溶剂还原的方法，只需一步，便制得了Cu2O/AC光催化剂。通过XRD、SEM等手段对光催化剂进行表征。结果表明，所得Cu2O为纳米尺寸，它均匀分散在载体的表面。选择塑料增塑剂邻苯二甲酸二甲酯作为被降解物，详细研究了Cu2O/AC的光催化性能。 4.溶剂热法制备可见光响应的Cu2O/ZnO纳米复合物。采用Cu(CH3COO)2·H2O、Zn(CH3COO)2·2H2O和乙二醇为原料，通过简单的溶剂热法制备出可见光响应的Cu2O/ZnO复合物。所得样品借助X-射线衍射仪和紫外-可见吸收光谱等测试手段进行表征。通过控制变量实验，结果发现反应时间、反应温度和Cu2+浓度等因素均会对Cu2O/ZnO结晶程度、晶粒大小和物相组成等造成一定的影响。紫外-可见吸收光谱测试表明，Cu2O/ZnO复合物比单独的ZnO在可见光区有更强的吸光度，所以在未来的光催化应用中更有实用价值。 5.低温固相法制备Cu2O/Bi2O3纳米复合物及其光催化性能的研究。以CuCl，Bi(NO3)3·5H2O和NaOH为原料，采用低温固相法成功制备出结晶良好的Cu2O/Bi2O3纳米复合物。用X-射线衍射仪（XRD）对所得产物进行表征。结果表明，球磨时间和CuCl/Bi(NO3)3·5H2O摩尔比对产物的结晶程度和晶粒大小均有一定的影响。同时研究发现，两种产物在形成复合物的过程中能够相互促进，起到了协同作用。另外，通过对所制备Cu2O/Bi2O3纳米复合物光催化性能测试，结果表明，Cu2O/Bi2O3纳米复合物在可见光的照射下对罗丹明B有很好的降解，光照70min后对罗丹明B可以达到94.5%的降解率。
【关键词】：氧化亚铜 复合物 固相法 界面还原法 溶剂热法 低温 光催化性能
【学位授予单位】：淮北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：O614.121;O643.36
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一章 绪论12-34
• 1.1 Cu_2O 光催化研究进展12-13
• 1.2 Cu_2O 光催化剂的光催化机理13
• 1.3 Cu_2O 光催化剂的制备方法及优化改性13-24
• 1.3.1 Cu_2O 光催化剂的制备方法13-20
• 1.3.2 Cu_2O 光催化剂的优化改性20-24
• 1.4 选题的意义和研究内容24-25
• 参考文献25-34
• 第二章 改进的固相法制备 Cu_2O 纳米晶及其光催化性能的研究34-43
• 2.1 引言34-35
• 2.2 实验部分35-36
• 2.2.1 试剂和仪器35
• 2.2.2 Cu_2O 光催化剂的制备35
• 2.2.3 Cu_2O 光催化剂和前驱体的表征35-36
• 2.2.4 Cu_2O 光催化性能测试36
• 2.3 结果与讨论36-40
• 2.3.1 Cu_2O 的制备原理36-37
• 2.3.2 前驱体的 DTA-TG 分析37-38
• 2.3.3 反应条件对产物的影响38-39
• 2.3.4 Cu_2O 的光催化性能39-40
• 2.4 本章小结40
• 参考文献40-43
• 第三章 界面还原法制备纳米 Cu_2O/Ca(OH)_2复合物43-55
• 3.1 引言43-44
• 3.2 实验部分44-45
• 3.2.1 试剂和仪器44
• 3.2.2 纳米 Cu_2O/Ca(OH)_2复合物的制备44-45
• 3.2.3 试样表征45
• 3.3 结果与讨论45-50
• 3.3.1 纳米 Cu_2O/Ca(OH)_2复合物的形成过程45-46
• 3.3.2 反应条件对产物的影响46-50
• 3.4 本章小结50-51
• 参考文献51-55
• 第四章 Cu_2O/AC 光催化剂的制备及其光催化性能的研究55-63
• 4.1 引言55
• 4.2 实验部分55-57
• 4.2.1 试剂和仪器55-56
• 4.2.2 Cu_2O/AC 光催化剂的制备56
• 4.2.3 Cu_2O/AC 光催化剂的表征56
• 4.2.4 Cu_2O/AC 光催化性能测试56-57
• 4.2.5 GC-MS 测定57
• 4.3 结果与讨论57-60
• 4.3.1 Cu_2O/AC 光催化剂的 XRD 和 SEM 分析57-58
• 4.3.3 Cu_2O/AC 的光催化性能58-60
• 4.4 本章小结60-61
• 参考文献61-63
• 第五章 溶剂热法制备可见光响应的 Cu_2O/ZnO 纳米复合物63-76
• 5.1 引言63-64
• 5.2 实验部分64-65
• 5.2.1 试剂和仪器64
• 5.2.2 Cu_2O/ZnO 复合物的制备64-65
• 5.2.3 条件控制实验65
• 5.2.4 试样表征65
• 5.3 结果与讨论65-72
• 5.3.1 Cu_2O/ZnO 复合物的制备原理65-66
• 5.3.2 反应条件对产物的影响66-71
• 5.3.3 Cu_2O/ZnO 复合物紫外-可见吸收光谱分析71-72
• 5.4 本章小结72
• 参考文献72-76
• 第六章 低温固相法制备 Cu_2O/Bi_2O_3纳米复合物及其光催化性能的研究76-85
• 6.1 引言76-77
• 6.2 实验部分77-78
• 6.2.1 试剂和仪器77
• 6.2.2 Cu_2O/Bi_2O_3纳米复合物的制备77
• 6.2.3 试样表征77-78
• 6.2.4 光催化降解过程78
• 6.3 结果与讨论78-82
• 6.3.1 Cu_2O/Bi_2O_3纳米复合物的形成原因78
• 6.3.2 反应条件对产物的影响78-81
• 6.3.3 Cu_2O/Bi_2O_3纳米复合物的光催化性能81-82
• 6.4 本章小结82
• 参考文献82-85
• 第七章 主要结论与展望85-87
• 7.1 主要结论85-86
• 7.2 展望86-87
• 攻读硕士学位期间发表论文和申请专利情况87-88
• 致谢88

【参考文献】

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本文编号：423157