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        Cu2O—Bi2O3復(fù)合氧化物的制備及其光催化性能的研究高

        2014-08-28 12:33:00永平等

        永平等

        摘要:文章考察了不同銅源、不同分散劑、Cu/Bi的配比不同、不同沉淀劑、沉淀劑的加入方式的不同等制備條件對(duì)光催化性能的影響。結(jié)果表明,由硫酸銅作銅源、十二烷基苯磺酸鈉作分散劑、氫氧化鈉作沉淀劑、Cu、Bi摩爾配比為2、采用一次加入沉淀劑所得催化劑的催化效果最佳。羅丹明B濃度為5mg/L,催化劑(Cu2O-Bi2O3)為1.0g/L,H2O2加入量1.0%,反應(yīng)時(shí)間30min,此條件下,羅丹明B的降解率達(dá)到96.25%。

        關(guān)鍵詞:Cu2O-Bi2O3 羅丹明B 光催化

        水溶性羅丹明B染料是我國(guó)印染工業(yè)中污染治理的主要對(duì)象,采用的化學(xué)和生物等降解方法效果不明顯,文獻(xiàn)報(bào)道較多的可見(jiàn)光催化劑為單一的Cu2O和Bi2O3[1-3],對(duì)于二者的復(fù)合氧化物催化劑尚未見(jiàn)報(bào)道,為了提高催化效率,本論文將以水溶性羅丹明B染料為代表化合物作為研究對(duì)象,采用自制的Cu2O,Bi2O3,Cu2O-Bi2O3對(duì)其進(jìn)行光催化降解試驗(yàn)研究。

        Cu2O,Bi2O3,Cu2O-Bi2O3化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,價(jià)廉易得并且在光照作用下有強(qiáng)氧化能力,可使水中有色染料完全降解[4-5],因此Cu2O、Bi2O3和Cu2O-Bi2O3適合于染料廢水的處理。本論文采用共沉淀法,制備不同粒徑的銅和鉍結(jié)合的Cu2O-Bi2O3,來(lái)考查這樣的復(fù)合氧化物的催化效果。

        1 實(shí)驗(yàn)方法

        1.1 儀器和試劑

        所用儀器:BS-210電子天平(北京賽多利斯天平有限公司);HJ-3恒溫磁力攪拌器(江蘇金壇醫(yī)療儀器廠);TDL-4臺(tái)式離心機(jī)(上海安亭科學(xué)儀器廠);spetrumlab22pc分光光度計(jì)(上海棱光技術(shù)有限公司);ZK-82B型真空干燥箱(上海市實(shí)驗(yàn)儀器總廠);PH-101電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(天津市中環(huán)實(shí)驗(yàn)電爐有限公司);KQ-C玻璃儀器氣流烘干器(鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司);超聲波清洗器(鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司)等。

        所用試劑硝酸鉍、硫酸銅、硝酸銅、氯化銅、水合肼、淀粉、葡萄糖、十六烷基三甲基溴化氨、十二烷基苯磺酸鈉、檸檬酸三鈉、雙氧水、氫氧化鈉、羅丹明B等均為分析純。

        1.2 分析方法

        羅丹明B溶液對(duì)可見(jiàn)光有吸收,通過(guò)分光光度法測(cè)量羅丹明B反應(yīng)前后吸光度變化來(lái)計(jì)算它的降解率。

        1.3 Cu2O-Bi2O3復(fù)合氧化物的制備

        室溫下,在pH<1的稀硝酸溶液中將適量鉍鹽和銅鹽溶解后加適量的分散劑,攪拌均勻,快速加入一定量1mol/L的NaOH溶液至pH≈13,然后逐滴加入水合肼溶液,至產(chǎn)生紅色沉淀,抽濾、洗滌、真空干燥,得到復(fù)合氧化物。

        2 結(jié)果與討論

        Cu2O、Bi2O3、Cu2O-Bi2O3的催化性能對(duì)比:

        Cu2O的制備:室溫下,NaOH作沉淀劑,Cu(NO3)2作銅源,加入一定量的分散劑,制備Cu2O[6]。

        取兩份上述一定量Cu2O光催化降解80mL濃度為5mg/L羅丹明B溶液,一份加0.8mLH2O2,一份不加H2O2,在同一時(shí)段太陽(yáng)光照射下,反應(yīng)30min后取樣,二次離心,測(cè)定吸光度后計(jì)算脫色率。

        Bi2O3的制備:將硝酸鉍溶解在稀硝酸溶液中,再加入分散劑,用NaOH溶液滴至混合溶液pH≈13,經(jīng)抽濾,洗滌和真空干燥,得到Bi2O3粉末[7]。

        取兩份上述一定量Bi2O3光催化降解80mL濃度為5mg/L羅丹明B溶液,一份加0.8mLH2O2,一份不加H2O2,在同一時(shí)段太陽(yáng)光照射下,反應(yīng)30min后取樣,離心,測(cè)定吸光度并計(jì)算降解率。如圖1所示。

        Cu2O-Bi2O3的制備:取兩份0.0800g由最佳分散劑、傾倒NaOH水溶液、最佳銅鹽、最佳反應(yīng)物配比制備的Cu2O-Bi2O3復(fù)合氧化物,光催化降解80mL濃度為5mg/L羅丹明B溶液,一份加0.8mLH2O2,一份不加H2O2,在同一時(shí)段太陽(yáng)光照射下,反應(yīng)30min后取樣,離心,測(cè)定脫色率。

        實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:Cu2O、Bi2O3、Cu2O-Bi2O3三種催化劑在相同條件下對(duì)羅丹明B的光催化降解時(shí),加H2O2的降解率均優(yōu)于未加H2O2的。在加入H2O2的反應(yīng)情況下,Cu2O-Bi2O3催化劑的光降解率明顯高于Cu2O、Bi2O3的。所以共沉淀制備的Cu2O-Bi2O3中Cu2O與Bi2O3具有協(xié)同催化作用。

        3 結(jié)論

        本文通過(guò)對(duì)比研究得出以下結(jié)論:①Cu2O、Bi2O3、Cu2O-Bi2O3三種催化劑在加入H2O2時(shí)催化效果均較好。②制備Cu2O-Bi2O3時(shí),采用十二烷基苯黃酸鈉作分散劑、nCu:nBi=2:1、傾注法加入沉淀劑NaOH水溶液得到的催化劑的催化活性較高。③復(fù)合型氧化物Cu2O-Bi2O3的催化效果明顯優(yōu)于Cu2O和Bi2O3,這表明共沉淀制備的Cu2O-Bi2O3中Cu2O與Bi2O3具有協(xié)同催化作用。④Cu2O-Bi2O3催化劑在文中的反應(yīng)條件下,光催化降解率最高可達(dá)96.25%。

        參考文獻(xiàn):

        [1]韓金霞,崔玉民.無(wú)機(jī)光催化技術(shù)研究進(jìn)展[J].化學(xué)試劑,2004,26(2):76.

        [2]王子波,陳彬,管玉江,白書(shū)立,賈顯樂(lè).N摻雜TiO2陶瓷膜的制備及其光催化性能研究[J].功能材料,2012(20).

        [3]Yoneyama H,Torimoto T.Titanium dioxide/ adsorbent hybrid photocatalyst s for photodest ruction of organic substances of dilute concent rations[J].Catalys Today,2000,58:

        133.

        [4]李家麟,陳金毅,賈志杰,等.用納米氧化亞銅陽(yáng)光分解污染有機(jī)物[M].21世紀(jì)可持續(xù)發(fā)展之環(huán)境保護(hù)(上卷),武漢:武漢大學(xué)出版社,2000.

        [5]劉洪祿,張愛(ài)茜,吳海鎖,等.氧化亞銅光催化降解對(duì)氯硝基苯酚[J].環(huán)境化學(xué),2004,5(23):490-494.

        [6]梁光遠(yuǎn),等.Cu2O/Bi2O3光催化降解羅丹明B的工藝條件研究[J].價(jià)值工程,2013,15:326-327.

        [7]潘素娟,王長(zhǎng)青,雷新有,白小華,左國(guó)防.摻雜型二氧化鈦納米管光催化降解甲基橙研究[J].資源開(kāi)發(fā)與市場(chǎng),2011(08).

        基金項(xiàng)目:

        河南省教育廳項(xiàng)目(14B150059)資助。

        作者簡(jiǎn)介(通訊作者):高永平(1980-),男,講師,碩士研究生。endprint

        摘要:文章考察了不同銅源、不同分散劑、Cu/Bi的配比不同、不同沉淀劑、沉淀劑的加入方式的不同等制備條件對(duì)光催化性能的影響。結(jié)果表明,由硫酸銅作銅源、十二烷基苯磺酸鈉作分散劑、氫氧化鈉作沉淀劑、Cu、Bi摩爾配比為2、采用一次加入沉淀劑所得催化劑的催化效果最佳。羅丹明B濃度為5mg/L,催化劑(Cu2O-Bi2O3)為1.0g/L,H2O2加入量1.0%,反應(yīng)時(shí)間30min,此條件下,羅丹明B的降解率達(dá)到96.25%。

        關(guān)鍵詞:Cu2O-Bi2O3 羅丹明B 光催化

        水溶性羅丹明B染料是我國(guó)印染工業(yè)中污染治理的主要對(duì)象,采用的化學(xué)和生物等降解方法效果不明顯,文獻(xiàn)報(bào)道較多的可見(jiàn)光催化劑為單一的Cu2O和Bi2O3[1-3],對(duì)于二者的復(fù)合氧化物催化劑尚未見(jiàn)報(bào)道,為了提高催化效率,本論文將以水溶性羅丹明B染料為代表化合物作為研究對(duì)象,采用自制的Cu2O,Bi2O3,Cu2O-Bi2O3對(duì)其進(jìn)行光催化降解試驗(yàn)研究。

        Cu2O,Bi2O3,Cu2O-Bi2O3化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,價(jià)廉易得并且在光照作用下有強(qiáng)氧化能力,可使水中有色染料完全降解[4-5],因此Cu2O、Bi2O3和Cu2O-Bi2O3適合于染料廢水的處理。本論文采用共沉淀法,制備不同粒徑的銅和鉍結(jié)合的Cu2O-Bi2O3,來(lái)考查這樣的復(fù)合氧化物的催化效果。

        1 實(shí)驗(yàn)方法

        1.1 儀器和試劑

        所用儀器:BS-210電子天平(北京賽多利斯天平有限公司);HJ-3恒溫磁力攪拌器(江蘇金壇醫(yī)療儀器廠);TDL-4臺(tái)式離心機(jī)(上海安亭科學(xué)儀器廠);spetrumlab22pc分光光度計(jì)(上海棱光技術(shù)有限公司);ZK-82B型真空干燥箱(上海市實(shí)驗(yàn)儀器總廠);PH-101電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(天津市中環(huán)實(shí)驗(yàn)電爐有限公司);KQ-C玻璃儀器氣流烘干器(鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司);超聲波清洗器(鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司)等。

        所用試劑硝酸鉍、硫酸銅、硝酸銅、氯化銅、水合肼、淀粉、葡萄糖、十六烷基三甲基溴化氨、十二烷基苯磺酸鈉、檸檬酸三鈉、雙氧水、氫氧化鈉、羅丹明B等均為分析純。

        1.2 分析方法

        羅丹明B溶液對(duì)可見(jiàn)光有吸收,通過(guò)分光光度法測(cè)量羅丹明B反應(yīng)前后吸光度變化來(lái)計(jì)算它的降解率。

        1.3 Cu2O-Bi2O3復(fù)合氧化物的制備

        室溫下,在pH<1的稀硝酸溶液中將適量鉍鹽和銅鹽溶解后加適量的分散劑,攪拌均勻,快速加入一定量1mol/L的NaOH溶液至pH≈13,然后逐滴加入水合肼溶液,至產(chǎn)生紅色沉淀,抽濾、洗滌、真空干燥,得到復(fù)合氧化物。

        2 結(jié)果與討論

        Cu2O、Bi2O3、Cu2O-Bi2O3的催化性能對(duì)比:

        Cu2O的制備:室溫下,NaOH作沉淀劑,Cu(NO3)2作銅源,加入一定量的分散劑,制備Cu2O[6]。

        取兩份上述一定量Cu2O光催化降解80mL濃度為5mg/L羅丹明B溶液,一份加0.8mLH2O2,一份不加H2O2,在同一時(shí)段太陽(yáng)光照射下,反應(yīng)30min后取樣,二次離心,測(cè)定吸光度后計(jì)算脫色率。

        Bi2O3的制備:將硝酸鉍溶解在稀硝酸溶液中,再加入分散劑,用NaOH溶液滴至混合溶液pH≈13,經(jīng)抽濾,洗滌和真空干燥,得到Bi2O3粉末[7]。

        取兩份上述一定量Bi2O3光催化降解80mL濃度為5mg/L羅丹明B溶液,一份加0.8mLH2O2,一份不加H2O2,在同一時(shí)段太陽(yáng)光照射下,反應(yīng)30min后取樣,離心,測(cè)定吸光度并計(jì)算降解率。如圖1所示。

        Cu2O-Bi2O3的制備:取兩份0.0800g由最佳分散劑、傾倒NaOH水溶液、最佳銅鹽、最佳反應(yīng)物配比制備的Cu2O-Bi2O3復(fù)合氧化物,光催化降解80mL濃度為5mg/L羅丹明B溶液,一份加0.8mLH2O2,一份不加H2O2,在同一時(shí)段太陽(yáng)光照射下,反應(yīng)30min后取樣,離心,測(cè)定脫色率。

        實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:Cu2O、Bi2O3、Cu2O-Bi2O3三種催化劑在相同條件下對(duì)羅丹明B的光催化降解時(shí),加H2O2的降解率均優(yōu)于未加H2O2的。在加入H2O2的反應(yīng)情況下,Cu2O-Bi2O3催化劑的光降解率明顯高于Cu2O、Bi2O3的。所以共沉淀制備的Cu2O-Bi2O3中Cu2O與Bi2O3具有協(xié)同催化作用。

        3 結(jié)論

        本文通過(guò)對(duì)比研究得出以下結(jié)論:①Cu2O、Bi2O3、Cu2O-Bi2O3三種催化劑在加入H2O2時(shí)催化效果均較好。②制備Cu2O-Bi2O3時(shí),采用十二烷基苯黃酸鈉作分散劑、nCu:nBi=2:1、傾注法加入沉淀劑NaOH水溶液得到的催化劑的催化活性較高。③復(fù)合型氧化物Cu2O-Bi2O3的催化效果明顯優(yōu)于Cu2O和Bi2O3,這表明共沉淀制備的Cu2O-Bi2O3中Cu2O與Bi2O3具有協(xié)同催化作用。④Cu2O-Bi2O3催化劑在文中的反應(yīng)條件下,光催化降解率最高可達(dá)96.25%。

        參考文獻(xiàn):

        [1]韓金霞,崔玉民.無(wú)機(jī)光催化技術(shù)研究進(jìn)展[J].化學(xué)試劑,2004,26(2):76.

        [2]王子波,陳彬,管玉江,白書(shū)立,賈顯樂(lè).N摻雜TiO2陶瓷膜的制備及其光催化性能研究[J].功能材料,2012(20).

        [3]Yoneyama H,Torimoto T.Titanium dioxide/ adsorbent hybrid photocatalyst s for photodest ruction of organic substances of dilute concent rations[J].Catalys Today,2000,58:

        133.

        [4]李家麟,陳金毅,賈志杰,等.用納米氧化亞銅陽(yáng)光分解污染有機(jī)物[M].21世紀(jì)可持續(xù)發(fā)展之環(huán)境保護(hù)(上卷),武漢:武漢大學(xué)出版社,2000.

        [5]劉洪祿,張愛(ài)茜,吳海鎖,等.氧化亞銅光催化降解對(duì)氯硝基苯酚[J].環(huán)境化學(xué),2004,5(23):490-494.

        [6]梁光遠(yuǎn),等.Cu2O/Bi2O3光催化降解羅丹明B的工藝條件研究[J].價(jià)值工程,2013,15:326-327.

        [7]潘素娟,王長(zhǎng)青,雷新有,白小華,左國(guó)防.摻雜型二氧化鈦納米管光催化降解甲基橙研究[J].資源開(kāi)發(fā)與市場(chǎng),2011(08).

        基金項(xiàng)目:

        河南省教育廳項(xiàng)目(14B150059)資助。

        作者簡(jiǎn)介(通訊作者):高永平(1980-),男,講師,碩士研究生。endprint

        摘要:文章考察了不同銅源、不同分散劑、Cu/Bi的配比不同、不同沉淀劑、沉淀劑的加入方式的不同等制備條件對(duì)光催化性能的影響。結(jié)果表明,由硫酸銅作銅源、十二烷基苯磺酸鈉作分散劑、氫氧化鈉作沉淀劑、Cu、Bi摩爾配比為2、采用一次加入沉淀劑所得催化劑的催化效果最佳。羅丹明B濃度為5mg/L,催化劑(Cu2O-Bi2O3)為1.0g/L,H2O2加入量1.0%,反應(yīng)時(shí)間30min,此條件下,羅丹明B的降解率達(dá)到96.25%。

        關(guān)鍵詞:Cu2O-Bi2O3 羅丹明B 光催化

        水溶性羅丹明B染料是我國(guó)印染工業(yè)中污染治理的主要對(duì)象,采用的化學(xué)和生物等降解方法效果不明顯,文獻(xiàn)報(bào)道較多的可見(jiàn)光催化劑為單一的Cu2O和Bi2O3[1-3],對(duì)于二者的復(fù)合氧化物催化劑尚未見(jiàn)報(bào)道,為了提高催化效率,本論文將以水溶性羅丹明B染料為代表化合物作為研究對(duì)象,采用自制的Cu2O,Bi2O3,Cu2O-Bi2O3對(duì)其進(jìn)行光催化降解試驗(yàn)研究。

        Cu2O,Bi2O3,Cu2O-Bi2O3化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,價(jià)廉易得并且在光照作用下有強(qiáng)氧化能力,可使水中有色染料完全降解[4-5],因此Cu2O、Bi2O3和Cu2O-Bi2O3適合于染料廢水的處理。本論文采用共沉淀法,制備不同粒徑的銅和鉍結(jié)合的Cu2O-Bi2O3,來(lái)考查這樣的復(fù)合氧化物的催化效果。

        1 實(shí)驗(yàn)方法

        1.1 儀器和試劑

        所用儀器:BS-210電子天平(北京賽多利斯天平有限公司);HJ-3恒溫磁力攪拌器(江蘇金壇醫(yī)療儀器廠);TDL-4臺(tái)式離心機(jī)(上海安亭科學(xué)儀器廠);spetrumlab22pc分光光度計(jì)(上海棱光技術(shù)有限公司);ZK-82B型真空干燥箱(上海市實(shí)驗(yàn)儀器總廠);PH-101電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(天津市中環(huán)實(shí)驗(yàn)電爐有限公司);KQ-C玻璃儀器氣流烘干器(鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司);超聲波清洗器(鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司)等。

        所用試劑硝酸鉍、硫酸銅、硝酸銅、氯化銅、水合肼、淀粉、葡萄糖、十六烷基三甲基溴化氨、十二烷基苯磺酸鈉、檸檬酸三鈉、雙氧水、氫氧化鈉、羅丹明B等均為分析純。

        1.2 分析方法

        羅丹明B溶液對(duì)可見(jiàn)光有吸收,通過(guò)分光光度法測(cè)量羅丹明B反應(yīng)前后吸光度變化來(lái)計(jì)算它的降解率。

        1.3 Cu2O-Bi2O3復(fù)合氧化物的制備

        室溫下,在pH<1的稀硝酸溶液中將適量鉍鹽和銅鹽溶解后加適量的分散劑,攪拌均勻,快速加入一定量1mol/L的NaOH溶液至pH≈13,然后逐滴加入水合肼溶液,至產(chǎn)生紅色沉淀,抽濾、洗滌、真空干燥,得到復(fù)合氧化物。

        2 結(jié)果與討論

        Cu2O、Bi2O3、Cu2O-Bi2O3的催化性能對(duì)比:

        Cu2O的制備:室溫下,NaOH作沉淀劑,Cu(NO3)2作銅源,加入一定量的分散劑,制備Cu2O[6]。

        取兩份上述一定量Cu2O光催化降解80mL濃度為5mg/L羅丹明B溶液,一份加0.8mLH2O2,一份不加H2O2,在同一時(shí)段太陽(yáng)光照射下,反應(yīng)30min后取樣,二次離心,測(cè)定吸光度后計(jì)算脫色率。

        Bi2O3的制備:將硝酸鉍溶解在稀硝酸溶液中,再加入分散劑,用NaOH溶液滴至混合溶液pH≈13,經(jīng)抽濾,洗滌和真空干燥,得到Bi2O3粉末[7]。

        取兩份上述一定量Bi2O3光催化降解80mL濃度為5mg/L羅丹明B溶液,一份加0.8mLH2O2,一份不加H2O2,在同一時(shí)段太陽(yáng)光照射下,反應(yīng)30min后取樣,離心,測(cè)定吸光度并計(jì)算降解率。如圖1所示。

        Cu2O-Bi2O3的制備:取兩份0.0800g由最佳分散劑、傾倒NaOH水溶液、最佳銅鹽、最佳反應(yīng)物配比制備的Cu2O-Bi2O3復(fù)合氧化物,光催化降解80mL濃度為5mg/L羅丹明B溶液,一份加0.8mLH2O2,一份不加H2O2,在同一時(shí)段太陽(yáng)光照射下,反應(yīng)30min后取樣,離心,測(cè)定脫色率。

        實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:Cu2O、Bi2O3、Cu2O-Bi2O3三種催化劑在相同條件下對(duì)羅丹明B的光催化降解時(shí),加H2O2的降解率均優(yōu)于未加H2O2的。在加入H2O2的反應(yīng)情況下,Cu2O-Bi2O3催化劑的光降解率明顯高于Cu2O、Bi2O3的。所以共沉淀制備的Cu2O-Bi2O3中Cu2O與Bi2O3具有協(xié)同催化作用。

        3 結(jié)論

        本文通過(guò)對(duì)比研究得出以下結(jié)論:①Cu2O、Bi2O3、Cu2O-Bi2O3三種催化劑在加入H2O2時(shí)催化效果均較好。②制備Cu2O-Bi2O3時(shí),采用十二烷基苯黃酸鈉作分散劑、nCu:nBi=2:1、傾注法加入沉淀劑NaOH水溶液得到的催化劑的催化活性較高。③復(fù)合型氧化物Cu2O-Bi2O3的催化效果明顯優(yōu)于Cu2O和Bi2O3,這表明共沉淀制備的Cu2O-Bi2O3中Cu2O與Bi2O3具有協(xié)同催化作用。④Cu2O-Bi2O3催化劑在文中的反應(yīng)條件下,光催化降解率最高可達(dá)96.25%。

        參考文獻(xiàn):

        [1]韓金霞,崔玉民.無(wú)機(jī)光催化技術(shù)研究進(jìn)展[J].化學(xué)試劑,2004,26(2):76.

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        基金項(xiàng)目:

        河南省教育廳項(xiàng)目(14B150059)資助。

        作者簡(jiǎn)介(通訊作者):高永平(1980-),男,講師,碩士研究生。endprint

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