【摘 要】
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光催化是现阶段最受研究者们青睐的印染废水处理方式。铜基光催化剂储量丰富、价格低廉、光催化效率高,在废水处理领域已经得到了广泛应用。然而,目前的研究大多集中在铜单质及其氧化物和硫化物,对其他铜系化合物光催化降解工艺的研究报道较少。碱式氯化铜(Cu2Cl(OH)3)是一种具有窄带隙的铜系半导体材料,被广泛地用作磁性材料、吸收剂或其他材料的牺牲模板。此外,Cu2Cl(OH)3还能够用于光-Fenton反
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光催化是现阶段最受研究者们青睐的印染废水处理方式。铜基光催化剂储量丰富、价格低廉、光催化效率高,在废水处理领域已经得到了广泛应用。然而,目前的研究大多集中在铜单质及其氧化物和硫化物,对其他铜系化合物光催化降解工艺的研究报道较少。碱式氯化铜(Cu2Cl(OH)3)是一种具有窄带隙的铜系半导体材料,被广泛地用作磁性材料、吸收剂或其他材料的牺牲模板。此外,Cu2Cl(OH)3还能够用于光-Fenton反应,通过光-Fenton反应机理证明了Cu2Cl(OH)3具有吸收光能并产生光生电子和空穴的能力。本文通过简单的一步盐渍法合成了具有优异光催化性能的Cu2Cl(OH)3光催化剂,并对其形成机理进行了探究。比较了此种制备方式的优劣,并考察了制得光催化剂的降解效率。在此基础上,通过碳点(CDs)的修饰进一步增进了制得催化剂的光催化效果。并分析了CDs修饰对Cu2Cl(OH)3光催化过程产生的影响。具体研究内容如下:(1)提出了一种新的以单质铜为原料一步盐渍法合成Cu2Cl(OH)3的方式。利用XRD、SEM、UV-Vis等表征手段分析了制备过程中各中间产物,进一步得到了以Cu为原料制备Cu2Cl(OH)3的反应机理。通过在可见光照射下催化降解亚甲基蓝(MB)溶液,考察了制得的Cu2Cl(OH)3催化剂降解不同p H溶液中有机染料的能力。催化剂的光催化降解效率随溶液p H值的升高而增大,在p H=10处仅1 h即可完成降解。通过实验对比得到了催化剂光催化降解过程中发挥主要作用的中间体,进一步提出了其在光催化降解MB过程中的反应机理。(2)利用CDs的高导电性、较小的粒径以及丰富的表面官能团对制得的催化剂进行了修饰。利用UV-Vis吸收光谱、光电流测试并结合电化学性能测试考察了不同浓度CDs修饰光催化剂的光吸收及光电转化能力。以MB的光催化降解为探针反应考察了CDs修饰前后光催化剂的催化降解能力,修饰后的催化剂光吸收明显增强,在紫外光下的光电流可达修饰前的3倍,催化剂稳定性增强,光催化降解效率提高了50.8%。通过对CDs及CDs修饰前后催化剂的特性分析,探究了CDs修饰前后催化剂性能改变的原因。一步盐渍法制得的Cu2Cl(OH)3光催化剂具有相对较高的结晶度和可见光吸收能力,能够在可见光催化下高效降解有机染料,是一种在碱性条件下具有突出作用的染料降解光催化剂。经CDs修饰后,Cu2Cl(OH)3光催化剂表现出了更加优异的光催化降解性能,能够更加快速地光催化染料分子矿化。
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