【摘 要】
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染料带来显著的社会、经济效益,但也造成了严重的水污染。吸附和光催化是处理染料的有效方法,制备同时具有吸附和光催化性能的材料将大大提高染料的处理效率。本论文制备了26面体Cu/Cu2O复合材料并研究了其对甲基橙(MO)的吸附能力,同时制备了CQDs/Cu2O(简写为CQDs/0TD)和CQDs/Cu/Cu2O(简写为CQDs/3TD)复合材料,并研究了它们光催化降解MO的能力。(碳量子点简写为CQD
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染料带来显著的社会、经济效益,但也造成了严重的水污染。吸附和光催化是处理染料的有效方法,制备同时具有吸附和光催化性能的材料将大大提高染料的处理效率。本论文制备了26面体Cu/Cu2O复合材料并研究了其对甲基橙(MO)的吸附能力,同时制备了CQDs/Cu2O(简写为CQDs/0TD)和CQDs/Cu/Cu2O(简写为CQDs/3TD)复合材料,并研究了它们光催化降解MO的能力。(碳量子点简写为CQDs,n×0.00075 mol二氧化硫脲添加量下的还原产物定义为n TD,一次还原生成的Cu2O简写为0TD)第一部分研究了26面体Cu/Cu2O复合材料的制备工艺及其对MO的吸附能力。26面体Cu/Cu2O复合材料采用两步液相还原法制备。首先以葡萄糖为还原剂制备26面体Cu2O,以其为模板用二氧化硫脲(TD)作还原剂二次还原得到Cu/Cu2O复合材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等测试手段分析不同形貌Cu/Cu2O复合材料的形成机理。结果表明随TD使用量的增加,还原产物由26面体Cu2O转变为26面体Cu2O@Cu核壳结构的复合材料,伴随着TD量的不断增加,核壳结构逐渐开裂。此外,对照实验结果证实核壳结构的1TD对应的26面体Cu2O@Cu复合材料具有最佳吸附性能。吸附动力学和热力学分析证实文中吸附符合准一级动力学和Freundlich等温线模型,结合X射线光电子能谱(XPS)、红外光谱(FTIR)以及Zeta电位等测试手段证实,吸附源于正电荷与阴离子染料间的静电吸附作用,最大吸附量可达498 mg/g。重复性实验结果表明用Na OH作解吸剂时,三次吸附-解吸循环后1TD对MO的吸附率在60%以上,具有良好的吸附稳定性。第二部分研究了CQDs/0TD和CQDs/3TD复合材料的制备工艺及其对MO的光催化降解能力。首先利用电化学法合成了CQDs,再用超声法分别合成了CQDs/0TD和CQDs/3TD复合材料。利用紫外可见分光光度计、XRD、FTIR、SEM和TEM对材料进行表征,结果显示CQDs成功散布在Cu2O和Cu/Cu2O表面。对比不同材料的光电流测试结果发现,光电流密度大小顺序为0TD<CQDs/0TD≈3TD<CQDs/3TD,推测引入Cu和CQDs可加快光生电子-空穴的分离,有助于光电流的提高。不同材料光催化降解MO的实验结果表明,CQDs/3TD的光催化降解MO的能力优于3TD,0TD光催化降解MO的能力优于CQDs/0TD。本课题为同时具有吸附和光催化性能材料的制备提供了一些思路。
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