三维铜网光催化剂的制备与光催化降解VOCs研究

来源 :南昌航空大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:fanleejohn
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光催化技术是一种高效、环保的去除挥发性有机污染物(Volatile Organic Compounds,简称:VOCs)的技术。三维定向的结构易于VOCs和O2的扩散,有利于光子的吸收。以有效利用太阳光,长期有效去除室内VOCs为目标,针对粉体催化剂难以固定,在催化降解污染物过程中易失活等难点,通过简单的阳极氧化技术和牺牲模板法,金属网上原位生长能响应长波段光的半导体光催化剂。铜网以其本身较为廉价、导电的特性,其相应的半导体光催化剂是当下研究的热点。本研究通过简单的方法制备三维铜网光催化剂并应用于室内代表性污染物甲苯和甲醛的降解。以商业铜网为Cu源,原位生长半导体。具体研究内容如下:(1)通过阳极氧化和自生长过程合成三维氧化亚铜纳米线(Cu2O NWs/Cu网)光催化剂。施加直流电源在Cu网上沉积Cu颗粒,然后利用阳极氧化法,NaOH溶液为电解液,施加0.5 V的电压氧化1 h后得到Cu2O NPs/Cu网。经过24 h的自生长和高温煅烧,得到了开放式三维单晶纳米线,标记为Cu2O NWs/Cu网。Cu纳米颗粒修饰后降低Cu网表面能从而促进Cu2O的生长。在O2和OH-存在下,自发形成Cu2O纳米线阵列,并且OH-浓度是形态控制的决定因素。Cu2O NWs/Cu网在可见光下降解35 ppm甲苯有很好的效果(120 min效率99.6%)和好的稳定性(10次循环后甲苯去除率没有降低)。此外,甲苯在自然光下的降解效果也令人满意。得益于超氧自由基(·O2-)分解甲苯,然后在光生空穴(h+)和羟基自由基(·OH)的攻击下氧化成无害的小分子。制备的Cu2O NWs/Cu网成本低、效率高、寿命长、操作方便,具有广泛的应用前景。(2)为了制备能够吸收更长波段光源,可以同时利用太阳光的可见光区域和红外光区域的光催化剂,以商业Cu网为模板,通过牺牲模板法制备三维非计量硒化铜(Cu2-x-x Se/Cu网)光催化剂。将Cu网浸没在含有硒粉、NaOH和NaBH4的Se2-溶液中。对比Se2-溶液中浸没不同时间制备的催化剂,2 h制备的光催化剂性能最好。Cu2-xSe/Cu网在可见光和红外光区均能达到良好的响应。在红外光照射下,Cu2-xSe/Cu网50 min可以完全降解10 ppm甲醛。在可见光和红外光照射下,Cu2-xSe/Cu网40 min就能完全去除10 ppm甲醛,且10次循环实验光催化剂仍能保持高效的催化降解性能。探讨了不同波长作为光源以及降解过程中湿度与氧气浓度对降解速率的影响。三维的Cu2-xSe/Cu网体现了优异的降解甲醛性能,并且在红外光区域的性能也十分显著。
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