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本课题旨在研究开发高效、低毒、稳定、低成本的可见光响应型光催化材料。论文对磁性壳聚糖和可见光响应型半导体光催化材料的研究进展,尤其是Cu20基光催化剂的研究近况进行了较详细的综述。采用简单有效、对环境友好的“绿色”制备路线,尽可能使用低毒无害、成本低廉的试剂,获得了磁性壳聚糖(MFe3O4/CS NPs)和新型可见光响应型Cu20基纳米复合材料(Cu2O/CS NCs、Cu2O/CS-Fe3O4NCs、Cu2O/BiOCl),探讨了这些纳米复合材料的结构、吸附／可见光催化脱色性能。通过复合增加了Cu20基复合材料的比表面积和孔隙结构,提高其吸附性,同时促进Cu20光生电子-空穴对的分离,从而增强了复合材料在可见光下的光催化脱色性能,并提高Cu20基复合材料的光稳定性。研究结果将为光催化复合材料的制备及其在环境水处理领域的应用提供基础数据和理论参考。具体研究内容及结论如下：1、还原-沉淀法原位制备磁性Fe304/壳聚糖纳米粒子及应用于吸附活性偶氮染料采用简单的还原-沉淀方法原位制备出磁性Fe3O4/CS纳米粒子(MFe3O4/CS NPs)。先用Na2SO3部分还原螯合于壳聚糖上的Fe3+,再在室温下加氨水,最后用环氧氯丙烷交联。对制备得到的MFe3O4/CS NPs进行了HRTEM、XRD、FTIR、 BET、TGA和VSM表征。MFe3O4/CS NPs为平均粒径7nm的准球形或椭球形,具有较大比表面积、良好的热稳定性以及超顺磁性,其饱和磁化强度为17.1emu/g。研究了MFe3O4/CS NPs对活性艳红X-3B(X-3B)的吸附性能。结果表明,吸附剂用量和溶液的初始pH对MFe3O4/CS NPs吸附X-3B有显著影响；吸附平衡数据与Langmuir等温线模型相吻合；吸附过程符合准二级动力学模型；自由能(△G°)、焓变(ΔH°)、熵变(△S°这些热力学参数数值说明吸附为自发的吸热过程。MFe3O4/CS NPs为重复使用性能良好的吸附剂。2、Cu2O/交联壳聚糖复合光催化剂的一步合成及可见光下染料X-3B脱色研究通过简单的液相沉淀-还原过程一步原位制备了Cu20/交联壳聚糖纳米复合材料(Cu2O/CS NCs),并对其进行了XRD、FTIR、SEM、TEM、BET、XPS和UV-vis/DRS测试表征。表征结果表明,Cu20颗粒被壳聚糖薄层所包裹,Cu2O/CS NCs呈类球形或椭球形,具有粗糙而多孔的表面。壳聚糖表面层有利于提高复合材料对染料和分子O2的吸附能力,以及抑制光生电子-空穴对的复合。以染料X-3B为模拟污染物评价Cu2O/CSNCs的可见光催化脱色性能,系统考察Cu/CS质量比、染料初始浓度、光催化剂用量、溶液起始pH值等实验因素对光催化脱色性能的影响。结果显示,Cu2O/CS NCs对X-3B的光催化脱色过程符合准一级动力学模型；Cu/CS最佳质量比为2：1；染料X-3B在酸性介质比在碱性介质中更能被高效脱色。在相似实验条件下,与文献报道的其它光催化剂相比,Cu2O/CS NCs表现出增强的可见光催化活性。3、磁分离型Cu20/壳聚糖-Fe304纳米复合材料的制备、表征及性能研究利用磁性壳聚糖螯合铜离子作前驱体,经过简便的沉淀-还原过程原位合成了新型可磁分离可见光响应型光催化剂CU2O/壳聚糖-Fe3O4磁性纳米复合材料(Cu2O/CS-Fe3O4NCs)。采用XRD、FT-IR, SEM、HRTEM、SAED、EDS、BET、VSM和UV-vis/DRS表征了其结构和性能。通过用Cu2O/CS-Fe3O4NCs可见光下光催化脱色染料X-3B评测其光催化活性。实验发现,Cu20微粒表面包裹着嵌入了Fe304纳米粒子的壳聚糖基质,具有较大比表面积和特殊的双峰孔隙结构。Cu2O/CS-Fe3O4NCs具有超顺磁性,能利用外磁场简单分离；在酸性介质比在中性或碱性介质中更易光催化脱色X-3BO X-3B的高效脱色归因于Cu2O/CS-Fe3O4NCs的吸附和光催化作用显著的协同效应。在该光催化反应体系中,X-3B分子的长共轭πc体系被彻底破坏。五次光催化重复使用后,X-3B脱色率仍在87%以上,表明Cu2O/CS-Fe3O4NCs在可见光下有着很好的稳定性和可重用性。4、新型Cu2O/BiOCl纳米光催化剂的合成、表征和性能研究用两步液相法构筑了新型的、具有独特三维/二维复合结构和增强可见光光催化活性的Cu2O/BiOCl纳米复合光催化剂。采用XRD、FT-IR、FESEM、HRTEM、BET和UV-vis/DRS对Cu2O/BiOCl的微观结构和物理性能进行表征。以染料X-3B为模拟污染物,考察了Cu2O/BiOCl复合材料的吸附性和可见光下的光催化活性,并探讨了其光催化作用机制。结果显示,约40nm厚的BiOCl纳米片层交错空隙处及纳米片层边缘镶嵌着一些Cu20亚微球,并且在二者界面处形成了异质结。与纯Cu20、纯BiOCl以及二者的物理混合物相比,Cu2O/BiOCl复合材料对X-3B的光催化脱色效率显著提高。三维／二维复合结构及界面异质结的形成可以增加孔道结构和BET比表面积,提高材料的吸附性能,同时有效促进光生电子、空穴的分离与迁移。Cu2O/BiOCl物质的量比为1：4的复合材料表现出最高的光催化活性。活性物种清除剂对光催化效率的影响实验表明,h+和·O2-对X-3B的去除起主要作用。