多级中空CuSiO/CuO_x纳米纤维的制备及其在环境治理中的应用

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随着经济的快速发展,能源大量被消耗,同时造成了严重的环境污染问题。这不仅对生态环境造成了破坏,也危及人类的生存和发展。人们已经意识到整治环境问题迫在眉睫。在治理环境污染问题中,催化降解污染物是最直接、最有效的方法之一。但是,传统的催化剂由于活性较低、价格昂贵、在催化体系中不易回收等缺点限制了其发展和实际应用。因此,开发一种廉价的既具有高催化活性又可重复回收利用的绿色催化剂显得尤为重要。在众多材料中,硅酸盐因其化学稳定性好、价格低廉,在环境治理中展现出巨大的催化潜力和应用前景。在本论文中,我们结合静电纺丝法、水热法和高温还原法等方法制备出三种硅酸盐基底的催化剂,并通过XRD、XPS、TEM、SEM等表征手段对其结构、组成及形貌进行表征。同时,我们以对有机染料的吸附、逆水汽反应和对-硝基苯酚还原作为模型反应对所制备的催化剂的性能展开研究,具体内容如下:(1)结合静电纺丝技术和水热法,制备SiO2中空纳米纤维,并以此为模板合成具有多级结构的CuSiO双层中空纳米纤维。探究了CuSiO双层中空纳米纤维在亚甲基蓝、罗丹明B和孔雀石绿有机染料中的吸附性能,结果表明CuSiO中空纳米纤维表现出良好的吸附性能。(2)将CuSiO双层中空纳米纤维作为Cu源和载体并在氢气气氛下煅烧,采用原位自还原策略制备得到CuOx/CuSiO复合纳米纤维。CuSiO纳米纤维上的CuOx纳米粒子尺寸较小、分散均匀且与CuSiO载体之间存在着较强的作用力。我们将该复合纳米纤维应用于逆水汽反应中,结果表明与浸渍法合成的Cu/TiO2和Cu/SiO2催化剂相比,采用原位自还原法合成的CuOx/CuSiO复合纳米纤维具有更好的催化活性和稳定性。(3)通过氢气气氛下不同时间高温还原CuSiO双层中空纳米纤维制备得到了CuOx/CuSiO-X复合纳米纤维。我们将其应用于对-硝基苯酚(4-NP)还原反应,并比较在不同还原时间下得到产物的催化活性。实验结果表明,经过2 h还原后得到的CuOx/CuSiO-X复合纳米纤维表现出较高的催化活性。我们进一步探究了该催化剂对邻-硝基苯酚、间-硝基苯酚、对-硝基苯胺和对-硝基氯苯的催化还原能力,均表现出良好的催化活性。
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