氧化亚铜的制备及其光催化性能的研究

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1、中国海洋大学硕士学位论文氧化亚铜的制备及其光催化性能的研究姓名：张大磊申请学位级别：硕士专业：材料物理与化学指导教师：高荣杰20070601氧化亚铜的制备及其光催化性能的研究摘要光催化技术是一项新型废水处理及净化技术，与其他传统的水处理技术相比具有降解完全、高效、价廉、稳定和可以利用太阳光等优点，因而具有良好的应用前景。利用太阳光处理污水而最常用的是Ti02，然而该种物质需要紫外活化，有诸多弊端，因而用可见光作为光能源处理污水一直是科学家所追求的目标。1998年，Ikeda等人首次宣布用Cu20作光催

2、化剂可在阳光．下将水分解成氢气和氧气，预示着Cu20在可见光下具有很好的光催化性能。块体Cu20量子效率较低，产生的光生电子～空穴对容易复合。当粒度从微米级变为纳米级时，复合率降低，可提高量子效率。本实验的目的是要用简单的方法制备出粒径较小，且形貌均一的纳米级氧化亚铜，并探讨纳米级氧化亚铜的光催化活性。实验选择亚硫酸钠还原硫酸铜的方法来制备Cu20，操作方便，产物纯净。本文首次在溶液中加入缓冲溶液，调解溶液的pH值。通过多次的试验发现溶液的合适pH值为5．0左右，所以选用HAe-NaAc缓冲体系。采用

3、化学分析、扫描电子显微镜、X．射线衍射等测试手段对样品进行了表征，确定了在水熟条件下制备氧化亚铜的最佳反应条件。通过水热法制备的Cu20单因素实验和正交实验结果发现影响制备氧化亚铜的主要因素有反应时间、反应温度、缓冲剂的用量和反应物的配比，得出水热制各氧化亚铜的最佳实验条件为：反应温度353K、反应时间4h、缓冲剂的用量为反应溶液的2倍、填充度为8．0。得到产品的颜色为紫红色，产物较纯净，颗粒在200mn左右，近似为球形。氧化亚铜的产率为92％，用氧化还原法滴定测得氧化亚铜的含量为98．67％。而后，

4、我们利用制得的Cu：O粉末进行光催化性能研究，并将降解得主要对象定为甲基橙作为有机指示剂，自制纳米Cu20粉末在可见光照射下能够对甲基橙溶液起到很好的降解作用。通过实验得到Cu20降解甲基橙溶液的适宜运行参数为：催化剂质量浓度为1-3g／L～1．79／L，pn值为8～12，甲基橙溶液初始浓度为20mg／L～60mg／L，反应时间70min，温度0"C～35"C。对于初始浓度为40mg／L的甲基橙溶液，在日光灯的照射下，(溶液pH值为8，催化剂含量为1．59／L)反应70rain脱色率可达92．1％，避

5、光暗处则脱色率可达69．1％。实验表明H202的加入能够对甲基橙溶液的降解起到很好的促进作用，但H202的浓度不宜过高，适当的浓度范围应控制在1％以内。使用超声搅拌可以在反应初期提高甲基橙溶液的降解效率，但由于温度升高的缘故，使得最终的降解率下降。将自制纳米Cu20回收再利用，其对甲基橙溶液的脱色效果随回收次数的增加呈下降趋势，但回收后的纳米Cu20对甲基橙仍然有较好的脱色效果，回收7次后，对40mg／L的甲基橙溶液脱色率可达50％。最后，本文对甲基橙的光催化降解机理和动力学进行研究，经计算多数条件下

6、甲基橙的降解反应属于二级反应，但随着条件的变化，反应级数及动力学方程都会发生变化。关键词：氧化亚铜缓冲溶液水热甲基橙光催化nTheResearchonProductionandPhotocatalysisPropertyofCuprousOxideAbstractPhotocatalysisisemergingasapromisingtechnologyforwastewatertreamaentandwatgrpurification．Theadvantagesofthistechniqueover

7、thetraditionalwastewatertreatmentincludecompletemincralizaion,hi曲degradationefficiency，lowcost,goodstability,andthepotentialtoutilizesunlightasUVsouiree．Ti02，asakindofphotocatalyst,canbeusedtodegradeorganiccontaminationwithdramaticeffects．However,therei

8、salsosomeshortcoming．thiskindofmatterneedstheultravioletactivation,thususingthevisiblelightasthelightenergytoprocessingsewagealwaysisagoalwhichthescientistpurslLes．In1998，IkedaetalfirstlyshowedthatCu20coulddecomposeH20toH2and02in