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《武汉工程大学》 2010年
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沸石-TiO_2-Cu_2O复合光催化材料的制备及性能研究

陈茂荣  
【摘要】:近年来,复合光催化体系以其特有的简易性和高效率正逐步形成一个独立的研究领域。而将纳米半导体光催化技术与光/Fenton技术等其它方法相结合的复合体系的研究日趋活跃。在复合光催化体系的研究中,目前常用的纳米半导体催化剂是TiO_2,但它只能为紫外光所激发,降低了太阳能的利用效率。Fenton试剂能产生具有强氧化性的·OH而在污水处理中得到广泛应用,但通常Fenton反应要消耗大量的双氧水或电能而使其应用受到一定的限制。 纳米氧化亚铜(Cu_2O)是一种具有窄禁带宽度(Eg = 2.0 eV)的p-型半导体材料,能够直接吸收利用可见光,对太阳光具有较强的吸收效率,因而Cu_2O已被认为是最有应用潜力的半导体光催化剂之一。 本研究系国家自然科学基金资助项目(No. 50804035)的基础试验的一部分,以天然沸石为载体,采用溶胶—凝胶法将TiO_2负载在沸石上,然后采用化学沉积法制备了沸石-TiO_2-Cu_2O复合光催化氧化材料应用于废水处理。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和高分辨透射电镜(HRTEM)、紫外可见漫反射(UV-Vis DRS)、原子能谱(EDS)等测试手段对自制复合材料的性能进行了表征,并利用自制的沸石-TiO_2-Cu_2O复合光催化氧化材料在悬浮体系内对亚甲基蓝溶液的脱色效果,来评价复合材料对亚甲基蓝的光催化氧化活性。 研究表明:Cu_2O这种窄禁带半导体可见光催化剂不能直接产生·OH,但其具有极强的吸附氧的能力,受可见光激发可还原其表面吸附的氧产生具有氧化性能的H_2O_2。研究利用Cu_2O这种独特的释放电子、吸附氧和生成H_2O_2的性质,结合铁炭微电解工艺用于医药废水的预处理:即利用微电解氧化还原产生的Fe~(2+)与复合材料中Cu_2O光生的H_2O_2组成Fenton体系,生成具有强氧化性能的·OH,而在复合材料中的TiO_2受太阳光中的紫外光照射时可直接产生·OH,Cu_2O的光生H_2O_2可作为有效的导带电子捕获剂,一定程度上抑制了TiO_2的空穴和电子的复合,提高了光催化氧化效果。试验结果显示这种组合工艺能有效的降解医药废水的COD,大大提高废水的可生化性。 试验表明:自制的沸石-TiO_2-Cu_2O复合光催化氧化材料兼备了沸石、TiO_2及Cu_2O各自的优异性能而可能产生复合协同效应,提高光催化氧化活性。可以解决目前光催化氧化材料用于废水处理过程中需要紫外活化的弊端,为实现纳米半导体光催化氧化技术工业化的可能性提供了科学依据,具有良好的应用前景。
【学位授予单位】:武汉工程大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:O643.36

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