CU20/CUS复合光催化膜的制备与光催化性能研究

摘要

随着社会经济的发展以及工业进程的加快，工业污水以及生活污水的排放使得水污染成为环境污染的主要污染之一。水处理成为改善环境的重中之重，传统的生物处理技术和物理处理技术不足以满足社会发展的需求。并且随着社会对能源的需求加大，新型能源的开发与利用同样迫在眉睫。新能源的利用与污水处理相结合，成为众多学者专家研究的方向。光催化技术的出现为两者的结合提供了桥梁，光催化较温和的反应条件，较高的降解效率得到了广大科研工作者的追捧。其中对于光催化剂Cu2O研究已经逐渐成熟，其催化活性高，氧化能力强，它的优势是能够利用可见光，但是由于Cu2O不稳定，在降解有机污染物的过程中极易失活，实际光电转换效率仅是理论转化效率的1/10，并且粉末催化剂在反应过程中极易损失，容易造成二次污染。如果能开发一种不易损失、无二次污染且能够高效利用太阳能的催化剂将会更具有现实和经济意义。
　　以此思路，通过正交实验制备了Cu2O/CuS复合光催化膜，以Cu2O/CuS复合光催化膜降解MO染料的降解率为指标，探究了合成Cu2O/CuS复合光催化膜的最佳工艺参数为:第一步反应液浓度为0.02mol/L，反应温度为180℃，反应时间为12h，在第二步硫脲量0.02g，反应温度150℃，反应时间12h。通过SEM、EDX、XRD、HRTEM、FT-IR等表征测试，考察了Cu2O/CuS复合光催化膜的表面形貌以及形成机理。可以确定Cu2O/CuS复合光催化膜是在Cu2O单层膜的基础上，以Cu2O作为铜源，形成了颗粒均一，膜层平整，含有异质结结构的Cu2O与CuS复合膜材料。
　　其次以甲基橙染料(MO)作为目标污染物，考察Cu2O/CuS复合光催化膜的光催化性能，单一催化剂与复合催化剂光催化性能对比结果表明，Cu2O/CuS复合光催化膜具有更高效的光催化性能。在反应过程中光与H2O2的参加，可以大大提高复合膜的光催化性能。循环稳定测试3次反应后，复合膜的光催化效率与首次基本相同，具有较高的稳定性。超声处理后的Cu2O/CuS复合光催化膜，经过130min的反应，将MO完全降解，复合膜具有较高的机械强度。混合染料降解测试显示，复合光催化膜对复杂体系依然具有较高的光催化降解性能。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 半导体材料

1．2．1 半导体材料简介

1．2．2 半导体材料的分类

1．2．3 半导体材料的发展与现状

1．3 光催化剂的选择

1．3．1 光催化剂比较与选择

1．3．2 Cu2O的基本性质及制备方法

1．3．3 CuS的基本性质及制备方法

1．4 无机膜的概念

1．5 本论文研究目的及拟要解决的关键问题

第二章 Cu2O／CuS复合光催化膜的制备

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验药品及仪器设备

2．2．2 实验所用的表征方法

2．2．5 Cu2O／CuS复合光催化膜的正交实验设计

2．3 实验结果分析

2．3．1 表面形貌与颗粒形貌

2．3．2 正交实验结果分析

2．3．3 二次水热反应条件确定

2．4 本章小结

第三章 Cu2O／CuS复合光催化膜的表征与性能研究

3．1 引言

3．2．2 表面形貌(SEM)分析

3．2．3 能量色散X射线光谱(EDX)分析

3．2．4 X射线衍射(XRD)分析

3．2．5 高分辨透射(HRTEM)分析

3．2．6 Cu2O／CuS复合光催化膜材料生长机理分析

3．3 Cu2O／CuS复合光催化膜光催化性能

3．3．1 光催化实验及甲基橙溶液配制

3．3．2 光催化性能测试

3．3．3 结果与讨论

3．4 本章小结

第四章 结论

参考文献

攻读硕士期间发表论文及参与科研项目

致谢