Cu2O\WO3复合光催化剂的制备及其光催化性能的研究

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Cu2O、WO3有很好的可见光响应,在光催化领域具有良好的应用前景,逐渐成为国内外研究的热点。本文采用葡萄糖还原法制备Cu2O,低温水热法制备了WO3,化学沉淀法制备了核壳结构的Cu2OWO3复合光催化剂。通过X-射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM)、紫外可见光谱分析(UV-vis)及傅里叶红外光谱分析(FI-IR)对其进行了表征,利用其对亚甲基蓝溶液的降解效果,测试其光催化性能。研究搭建了气相光催化反应系统,采用聚酯纤维棉负载光催化剂,利用氙灯模拟可见光进行了光催化降解气态甲醛实验。结果表明:(1)用葡萄糖还原法制备的Cu2O颗粒的尺寸较小,一般在50nm以内,颗粒大小比较均匀,呈现正方体或微球型,结构清晰,颗粒完整。测试的XRD结果表明制备的红褐色粉体为Cu2O。由Cu2O的紫外-可见光谱曲线可知,在波长360nm以上,吸光度明显增加,在580nm左右出现波峰。由Cu2O的傅里叶红外图谱可以看出存在氧化性的-OH基。通过对亚甲基蓝溶液的降解实验得出,在前30min,由于氧化亚铜的光催化性和其吸附性,导致对亚甲基蓝降快速降解,30min后,氧化亚铜对亚甲基蓝的达到吸附饱和或者光催化剂产生光腐蚀,导致亚甲基蓝的吸光度趋于平稳状态。(2)采用低温水热法制备的WO3分体,晶体结构清晰,粒径较小。测试的XRD结果可知,低温制备的WO3为典型的斜方晶系水合WO3H2O。由WO3的SEM电镜可以看出,WO3的粒径较小,一般在200nm左右。晶体大小均匀,比表面积大,晶体呈现片状,相互粘结。用低温水热法制备的WO3粉体其傅里叶红外测试结果存在羟基-OH,说明制备的WO3光催化剂具有氧化性。(3)以Cu2O为核,表面负载WO3为壳,制备出了核壳结构的Cu2OWO3复合光催化剂,研究了其光催化特性。其XRD结果显示,复合后WO3的XRD晶体峰值没有发生变化,强度有所增强;复合后Cu2O的晶体峰值有不同程度的偏移,且峰值减弱。这是由于在制备核壳结构的复合光催化剂过程中,复合导致内层的Cu2O粒径变大,使其峰值发生偏移。由此可见,复合光催化剂的制备,导致原晶体发生了变化。Cu2OWO3复合光催化剂的SEM电镜分析,分子粒径在10um左右,可以清晰的看出Cu2O立方体表面包裹了一层WO3分子,形成复合物。其比表面积增大,分子间有团聚现象。通过紫外-可见光谱扫描复合光催化剂Cu2OWO3在可见光范围内有较好的吸收峰,表明其存在可见光催化性能。通过对亚甲基蓝溶液的降解实验得出光催化剂Cu2OWO3复合在一定程度上提高了光催化剂的催化降解能力,同时降低了催化剂的光腐蚀性。(4)复合光催化剂降解室内甲醛的实验中,NaOH处理后的聚酯纤维表面最粗糙,聚酯纤维棉负载的催化剂表面均匀。用设计搭建的气态催化系统对负载后的催化剂进行了甲醛降解性能初步测试,结果表明:在初始浓度为0.15mg/m3时,负载Cu2O及负载WO3对甲醛的去除率明显高于未负载的聚酯纤维。负载Cu2OWO3复合光催化剂的聚酯纤维棉去除率最高,可以达到89.2%。
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