以空心玻璃微珠为核的海胆状氧化亚铜的制备及其光催化性能的系统研究

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核-壳结构材料是近年来兴起的一种新型复合材料,由于具有独特的结构和性质使其在多种领域有着潜在的应用前景,并且已经引起了人们广泛的研究兴趣。几年来,核-壳结构复合材料所取得的创造性成果证明了这一前沿领域的发展前景方兴未艾。本文以五水硫酸铜为原料,十二烷基苯磺酸钠为添加剂,亚硫酸钠为还原剂,空心玻璃微珠为核,在醋酸-醋酸钠缓冲溶液中,通过化学沉积方法成功制备出了海胆状氧化亚铜。制得的产品通过X射线衍射(XRD)进行物相和纯度分析,扫描电子显微镜(SEM)进行形貌和尺寸大小观察,透射电子显微镜(TEM)进行形貌观察和电子衍射花样及晶体生长方向分析,差热-热重(DTA-TG)进行最高变质温度分析。通过对影响氧化亚铜镀覆效果的各种因素进行考察显示,缓冲溶液加入到Na2SO3溶液中,空心玻璃微珠的装载量为0.4g/L,铜盐的浓度为0.05mol/L,采用间歇式搅拌,反应时间为180min,反应温度为85℃和十二烷基苯磺酸钠的加入量为总质量的7%的条件下可以制备出镀覆效果好,形状规整的海胆状氧化亚铜。通过样品的扫描电子图像发现空心玻璃微珠在海胆状氧化亚铜的形成中起了决定性的作用,制备的海胆状氧化亚铜较纯,并且为立方晶相的多晶体,氧化亚铜晶体沿(110)方向生长,在生长的过程中出现很多的位错,并且被氧化成氧化铜的温度为240℃。利用自制的海胆状氧化亚铜对色度大、毒性高、难降解的纺织染料甲基橙进行光催化降解的研究,来检测海胆状氧化亚铜的光催化活性。本实验系统研究了在可见光照射下的各种影响因素,如光催化剂的用量、甲基橙的初始浓度、不同降解温度、各种阴离子、不同pH和催化剂重复使用次数。结果显示,在室温下当光照时间为30min,催化剂用量为0.5g/L,pH值为10.0时甲基橙在30min时的降解率便能够达到94.25%。和其他形状的氧化亚铜相比,海胆状氧化亚铜具有较高的降解率。温度较低时,氧化亚铜的催化能力随温度的升高而增加;温度较高时,催化能力有降低的趋势。重复使用7次后,海胆状氧化亚铜仍具有较高的降解率和稳定性。通过对不同浓度甲基橙的反应动力学研究发现,甲基橙的的降解遵循Langmuir-Hinshelwool动力学模型,属于一级动力学反应,并且海胆状氧化亚铜光催化降解甲基橙的活化能和指前因子分别为41.18KJ/mol和1.06×106。
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