Cu2O—Bi2O3復合氧化物的制備及其光催化性能的研究高
2014-08-28 09:50:44永平等
中小企業管理與科技·下旬刊 2014年7期
永平等
摘要：文章考察了不同銅源、不同分散劑、Cu/Bi的配比不同、不同沉淀劑、沉淀劑的加入方式的不同等制備條件對光催化性能的影響。結果表明，由硫酸銅作銅源、十二烷基苯磺酸鈉作分散劑、氫氧化鈉作沉淀劑、Cu、Bi摩爾配比為2、采用一次加入沉淀劑所得催化劑的催化效果最佳。羅丹明B濃度為5mg/L，催化劑（Cu2O-Bi2O3）為1.0g/L，H2O2加入量1.0%，反應時間30min，此條件下，羅丹明B的降解率達到96.25%。
關鍵詞：Cu2O-Bi2O3 羅丹明B 光催化
水溶性羅丹明B染料是我國印染工業中污染治理的主要對象，采用的化學和生物等降解方法效果不明顯，文獻報道較多的可見光催化劑為單一的Cu2O和Bi2O3[1-3]，對于二者的復合氧化物催化劑尚未見報道，為了提高催化效率，本論文將以水溶性羅丹明B染料為代表化合物作為研究對象，采用自制的Cu2O，Bi2O3，Cu2O-Bi2O3對其進行光催化降解試驗研究。
Cu2O，Bi2O3，Cu2O-Bi2O3化學性質穩定，價廉易得并且在光照作用下有強氧化能力，可使水中有色染料完全降解[4-5]，因此Cu2O、Bi2O3和Cu2O-Bi2O3適合于染料廢水的處理。本論文采用共沉淀法，制備不同粒徑的銅和鉍結合的Cu2O-Bi2O3，來考查這樣的復合氧化物的催化效果。
1 實驗方法
1.1 儀器和試劑
所用儀器：BS-210電子天平（北京賽多利斯天平有限公司）；HJ-3恒溫磁力攪拌器（江蘇金壇醫療儀器廠）；TDL-4臺式離心機（上海安亭科學儀器廠）；spetrumlab22pc分光光度計（上海棱光技術有限公司）；ZK-82B型真空干燥箱（上海市實驗儀器總廠）；PH-101電熱恒溫鼓風干燥箱（天津市中環實驗電爐有限公司）；KQ-C玻璃儀器氣流烘干器（鞏義市予華儀器有限責任公司）；超聲波清洗器（鞏義市予華儀器有限責任公司）等。
所用試劑硝酸鉍、硫酸銅、硝酸銅、氯化銅、水合肼、淀粉、葡萄糖、十六烷基三甲基溴化氨、十二烷基苯磺酸鈉、檸檬酸三鈉、雙氧水、氫氧化鈉、羅丹明B等均為分析純。
1.2 分析方法
羅丹明B溶液對可見光有吸收，通過分光光度法測量羅丹明B反應前后吸光度變化來計算它的降解率。
1.3 Cu2O-Bi2O3復合氧化物的制備
室溫下，在pH<1的稀硝酸溶液中將適量鉍鹽和銅鹽溶解后加適量的分散劑，攪拌均勻，快速加入一定量1mol/L的NaOH溶液至pH≈13，然后逐滴加入水合肼溶液，至產生紅色沉淀，抽濾、洗滌、真空干燥，得到復合氧化物。
2 結果與討論
Cu2O、Bi2O3、Cu2O-Bi2O3的催化性能對比：
Cu2O的制備：室溫下，NaOH作沉淀劑，Cu（NO3）2作銅源，加入一定量的分散劑，制備Cu2O[6]。
取兩份上述一定量Cu2O光催化降解80mL濃度為5mg/L羅丹明B溶液，一份加0.8mLH2O2，一份不加H2O2，在同一時段太陽光照射下，反應30min后取樣，二次離心，測定吸光度后計算脫色率。
Bi2O3的制備：將硝酸鉍溶解在稀硝酸溶液中，再加入分散劑，用NaOH溶液滴至混合溶液pH≈13，經抽濾，洗滌和真空干燥，得到Bi2O3粉末[7]。
取兩份上述一定量Bi2O3光催化降解80mL濃度為5mg/L羅丹明B溶液，一份加0.8mLH2O2，一份不加H2O2，在同一時段太陽光照射下，反應30min后取樣，離心，測定吸光度并計算降解率。如圖1所示。
Cu2O-Bi2O3的制備：取兩份0.0800g由最佳分散劑、傾倒NaOH水溶液、最佳銅鹽、最佳反應物配比制備的Cu2O-Bi2O3復合氧化物，光催化降解80mL濃度為5mg/L羅丹明B溶液，一份加0.8mLH2O2，一份不加H2O2，在同一時段太陽光照射下，反應30min后取樣，離心，測定脫色率。
實驗結果表明：Cu2O、Bi2O3、Cu2O-Bi2O3三種催化劑在相同條件下對羅丹明B的光催化降解時，加H2O2的降解率均優于未加H2O2的。在加入H2O2的反應情況下，Cu2O-Bi2O3催化劑的光降解率明顯高于Cu2O、Bi2O3的。所以共沉淀制備的Cu2O-Bi2O3中Cu2O與Bi2O3具有協同催化作用。
3 結論
本文通過對比研究得出以下結論：①Cu2O、Bi2O3、Cu2O-Bi2O3三種催化劑在加入H2O2時催化效果均較好。②制備Cu2O-Bi2O3時，采用十二烷基苯黃酸鈉作分散劑、nCu：nBi=2：1、傾注法加入沉淀劑NaOH水溶液得到的催化劑的催化活性較高。③復合型氧化物Cu2O-Bi2O3的催化效果明顯優于Cu2O和Bi2O3，這表明共沉淀制備的Cu2O-Bi2O3中Cu2O與Bi2O3具有協同催化作用。④Cu2O-Bi2O3催化劑在文中的反應條件下，光催化降解率最高可達96.25%。
參考文獻：
[1]韓金霞，崔玉民.無機光催化技術研究進展[J].化學試劑，2004，26（2）：76.
[2]王子波，陳彬，管玉江，白書立，賈顯樂.N摻雜TiO2陶瓷膜的制備及其光催化性能研究[J].功能材料，2012（20）.
[3]Yoneyama H，Torimoto T.Titanium dioxide/ adsorbent hybrid photocatalyst s for photodest ruction of organic substances of dilute concent rations[J].Catalys Today，2000，58：
133.
[4]李家麟，陳金毅，賈志杰，等.用納米氧化亞銅陽光分解污染有機物[M].21世紀可持續發展之環境保護（上卷），武漢：武漢大學出版社，2000.
[5]劉洪祿，張愛茜，吳海鎖，等.氧化亞銅光催化降解對氯硝基苯酚[J].環境化學，2004，5（23）：490-494.
[6]梁光遠，等.Cu2O/Bi2O3光催化降解羅丹明B的工藝條件研究[J].價值工程，2013，15：326-327.
[7]潘素娟，王長青，雷新有，白小華，左國防.摻雜型二氧化鈦納米管光催化降解甲基橙研究[J].資源開發與市場，2011（08）.
基金項目：
河南省教育廳項目（14B150059）資助。
作者簡介（通訊作者）：高永平（1980-），男，講師，碩士研究生。endprint
摘要：文章考察了不同銅源、不同分散劑、Cu/Bi的配比不同、不同沉淀劑、沉淀劑的加入方式的不同等制備條件對光催化性能的影響。結果表明，由硫酸銅作銅源、十二烷基苯磺酸鈉作分散劑、氫氧化鈉作沉淀劑、Cu、Bi摩爾配比為2、采用一次加入沉淀劑所得催化劑的催化效果最佳。羅丹明B濃度為5mg/L，催化劑（Cu2O-Bi2O3）為1.0g/L，H2O2加入量1.0%，反應時間30min，此條件下，羅丹明B的降解率達到96.25%。
關鍵詞：Cu2O-Bi2O3 羅丹明B 光催化
水溶性羅丹明B染料是我國印染工業中污染治理的主要對象，采用的化學和生物等降解方法效果不明顯，文獻報道較多的可見光催化劑為單一的Cu2O和Bi2O3[1-3]，對于二者的復合氧化物催化劑尚未見報道，為了提高催化效率，本論文將以水溶性羅丹明B染料為代表化合物作為研究對象，采用自制的Cu2O，Bi2O3，Cu2O-Bi2O3對其進行光催化降解試驗研究。
Cu2O，Bi2O3，Cu2O-Bi2O3化學性質穩定，價廉易得并且在光照作用下有強氧化能力，可使水中有色染料完全降解[4-5]，因此Cu2O、Bi2O3和Cu2O-Bi2O3適合于染料廢水的處理。本論文采用共沉淀法，制備不同粒徑的銅和鉍結合的Cu2O-Bi2O3，來考查這樣的復合氧化物的催化效果。
1 實驗方法
1.1 儀器和試劑
所用儀器：BS-210電子天平（北京賽多利斯天平有限公司）；HJ-3恒溫磁力攪拌器（江蘇金壇醫療儀器廠）；TDL-4臺式離心機（上海安亭科學儀器廠）；spetrumlab22pc分光光度計（上海棱光技術有限公司）；ZK-82B型真空干燥箱（上海市實驗儀器總廠）；PH-101電熱恒溫鼓風干燥箱（天津市中環實驗電爐有限公司）；KQ-C玻璃儀器氣流烘干器（鞏義市予華儀器有限責任公司）；超聲波清洗器（鞏義市予華儀器有限責任公司）等。
所用試劑硝酸鉍、硫酸銅、硝酸銅、氯化銅、水合肼、淀粉、葡萄糖、十六烷基三甲基溴化氨、十二烷基苯磺酸鈉、檸檬酸三鈉、雙氧水、氫氧化鈉、羅丹明B等均為分析純。
1.2 分析方法
羅丹明B溶液對可見光有吸收，通過分光光度法測量羅丹明B反應前后吸光度變化來計算它的降解率。
1.3 Cu2O-Bi2O3復合氧化物的制備
室溫下，在pH<1的稀硝酸溶液中將適量鉍鹽和銅鹽溶解后加適量的分散劑，攪拌均勻，快速加入一定量1mol/L的NaOH溶液至pH≈13，然后逐滴加入水合肼溶液，至產生紅色沉淀，抽濾、洗滌、真空干燥，得到復合氧化物。
2 結果與討論
Cu2O、Bi2O3、Cu2O-Bi2O3的催化性能對比：
Cu2O的制備：室溫下，NaOH作沉淀劑，Cu（NO3）2作銅源，加入一定量的分散劑，制備Cu2O[6]。
取兩份上述一定量Cu2O光催化降解80mL濃度為5mg/L羅丹明B溶液，一份加0.8mLH2O2，一份不加H2O2，在同一時段太陽光照射下，反應30min后取樣，二次離心，測定吸光度后計算脫色率。
Bi2O3的制備：將硝酸鉍溶解在稀硝酸溶液中，再加入分散劑，用NaOH溶液滴至混合溶液pH≈13，經抽濾，洗滌和真空干燥，得到Bi2O3粉末[7]。
取兩份上述一定量Bi2O3光催化降解80mL濃度為5mg/L羅丹明B溶液，一份加0.8mLH2O2，一份不加H2O2，在同一時段太陽光照射下，反應30min后取樣，離心，測定吸光度并計算降解率。如圖1所示。
Cu2O-Bi2O3的制備：取兩份0.0800g由最佳分散劑、傾倒NaOH水溶液、最佳銅鹽、最佳反應物配比制備的Cu2O-Bi2O3復合氧化物，光催化降解80mL濃度為5mg/L羅丹明B溶液，一份加0.8mLH2O2，一份不加H2O2，在同一時段太陽光照射下，反應30min后取樣，離心，測定脫色率。
實驗結果表明：Cu2O、Bi2O3、Cu2O-Bi2O3三種催化劑在相同條件下對羅丹明B的光催化降解時，加H2O2的降解率均優于未加H2O2的。在加入H2O2的反應情況下，Cu2O-Bi2O3催化劑的光降解率明顯高于Cu2O、Bi2O3的。所以共沉淀制備的Cu2O-Bi2O3中Cu2O與Bi2O3具有協同催化作用。
3 結論
本文通過對比研究得出以下結論：①Cu2O、Bi2O3、Cu2O-Bi2O3三種催化劑在加入H2O2時催化效果均較好。②制備Cu2O-Bi2O3時，采用十二烷基苯黃酸鈉作分散劑、nCu：nBi=2：1、傾注法加入沉淀劑NaOH水溶液得到的催化劑的催化活性較高。③復合型氧化物Cu2O-Bi2O3的催化效果明顯優于Cu2O和Bi2O3，這表明共沉淀制備的Cu2O-Bi2O3中Cu2O與Bi2O3具有協同催化作用。④Cu2O-Bi2O3催化劑在文中的反應條件下，光催化降解率最高可達96.25%。
參考文獻：
[1]韓金霞，崔玉民.無機光催化技術研究進展[J].化學試劑，2004，26（2）：76.
[2]王子波，陳彬，管玉江，白書立，賈顯樂.N摻雜TiO2陶瓷膜的制備及其光催化性能研究[J].功能材料，2012（20）.
[3]Yoneyama H，Torimoto T.Titanium dioxide/ adsorbent hybrid photocatalyst s for photodest ruction of organic substances of dilute concent rations[J].Catalys Today，2000，58：
133.
[4]李家麟，陳金毅，賈志杰，等.用納米氧化亞銅陽光分解污染有機物[M].21世紀可持續發展之環境保護（上卷），武漢：武漢大學出版社，2000.
[5]劉洪祿，張愛茜，吳海鎖，等.氧化亞銅光催化降解對氯硝基苯酚[J].環境化學，2004，5（23）：490-494.
[6]梁光遠，等.Cu2O/Bi2O3光催化降解羅丹明B的工藝條件研究[J].價值工程，2013，15：326-327.
[7]潘素娟，王長青，雷新有，白小華，左國防.摻雜型二氧化鈦納米管光催化降解甲基橙研究[J].資源開發與市場，2011（08）.
基金項目：
河南省教育廳項目（14B150059）資助。
作者簡介（通訊作者）：高永平（1980-），男，講師，碩士研究生。endprint
摘要：文章考察了不同銅源、不同分散劑、Cu/Bi的配比不同、不同沉淀劑、沉淀劑的加入方式的不同等制備條件對光催化性能的影響。結果表明，由硫酸銅作銅源、十二烷基苯磺酸鈉作分散劑、氫氧化鈉作沉淀劑、Cu、Bi摩爾配比為2、采用一次加入沉淀劑所得催化劑的催化效果最佳。羅丹明B濃度為5mg/L，催化劑（Cu2O-Bi2O3）為1.0g/L，H2O2加入量1.0%，反應時間30min，此條件下，羅丹明B的降解率達到96.25%。
關鍵詞：Cu2O-Bi2O3 羅丹明B 光催化
水溶性羅丹明B染料是我國印染工業中污染治理的主要對象，采用的化學和生物等降解方法效果不明顯，文獻報道較多的可見光催化劑為單一的Cu2O和Bi2O3[1-3]，對于二者的復合氧化物催化劑尚未見報道，為了提高催化效率，本論文將以水溶性羅丹明B染料為代表化合物作為研究對象，采用自制的Cu2O，Bi2O3，Cu2O-Bi2O3對其進行光催化降解試驗研究。
Cu2O，Bi2O3，Cu2O-Bi2O3化學性質穩定，價廉易得并且在光照作用下有強氧化能力，可使水中有色染料完全降解[4-5]，因此Cu2O、Bi2O3和Cu2O-Bi2O3適合于染料廢水的處理。本論文采用共沉淀法，制備不同粒徑的銅和鉍結合的Cu2O-Bi2O3，來考查這樣的復合氧化物的催化效果。
1 實驗方法
1.1 儀器和試劑
所用儀器：BS-210電子天平（北京賽多利斯天平有限公司）；HJ-3恒溫磁力攪拌器（江蘇金壇醫療儀器廠）；TDL-4臺式離心機（上海安亭科學儀器廠）；spetrumlab22pc分光光度計（上海棱光技術有限公司）；ZK-82B型真空干燥箱（上海市實驗儀器總廠）；PH-101電熱恒溫鼓風干燥箱（天津市中環實驗電爐有限公司）；KQ-C玻璃儀器氣流烘干器（鞏義市予華儀器有限責任公司）；超聲波清洗器（鞏義市予華儀器有限責任公司）等。
所用試劑硝酸鉍、硫酸銅、硝酸銅、氯化銅、水合肼、淀粉、葡萄糖、十六烷基三甲基溴化氨、十二烷基苯磺酸鈉、檸檬酸三鈉、雙氧水、氫氧化鈉、羅丹明B等均為分析純。
1.2 分析方法
羅丹明B溶液對可見光有吸收，通過分光光度法測量羅丹明B反應前后吸光度變化來計算它的降解率。
1.3 Cu2O-Bi2O3復合氧化物的制備
室溫下，在pH<1的稀硝酸溶液中將適量鉍鹽和銅鹽溶解后加適量的分散劑，攪拌均勻，快速加入一定量1mol/L的NaOH溶液至pH≈13，然后逐滴加入水合肼溶液，至產生紅色沉淀，抽濾、洗滌、真空干燥，得到復合氧化物。
2 結果與討論
Cu2O、Bi2O3、Cu2O-Bi2O3的催化性能對比：
Cu2O的制備：室溫下，NaOH作沉淀劑，Cu（NO3）2作銅源，加入一定量的分散劑，制備Cu2O[6]。
取兩份上述一定量Cu2O光催化降解80mL濃度為5mg/L羅丹明B溶液，一份加0.8mLH2O2，一份不加H2O2，在同一時段太陽光照射下，反應30min后取樣，二次離心，測定吸光度后計算脫色率。
Bi2O3的制備：將硝酸鉍溶解在稀硝酸溶液中，再加入分散劑，用NaOH溶液滴至混合溶液pH≈13，經抽濾，洗滌和真空干燥，得到Bi2O3粉末[7]。
取兩份上述一定量Bi2O3光催化降解80mL濃度為5mg/L羅丹明B溶液，一份加0.8mLH2O2，一份不加H2O2，在同一時段太陽光照射下，反應30min后取樣，離心，測定吸光度并計算降解率。如圖1所示。
Cu2O-Bi2O3的制備：取兩份0.0800g由最佳分散劑、傾倒NaOH水溶液、最佳銅鹽、最佳反應物配比制備的Cu2O-Bi2O3復合氧化物，光催化降解80mL濃度為5mg/L羅丹明B溶液，一份加0.8mLH2O2，一份不加H2O2，在同一時段太陽光照射下，反應30min后取樣，離心，測定脫色率。
實驗結果表明：Cu2O、Bi2O3、Cu2O-Bi2O3三種催化劑在相同條件下對羅丹明B的光催化降解時，加H2O2的降解率均優于未加H2O2的。在加入H2O2的反應情況下，Cu2O-Bi2O3催化劑的光降解率明顯高于Cu2O、Bi2O3的。所以共沉淀制備的Cu2O-Bi2O3中Cu2O與Bi2O3具有協同催化作用。
3 結論
本文通過對比研究得出以下結論：①Cu2O、Bi2O3、Cu2O-Bi2O3三種催化劑在加入H2O2時催化效果均較好。②制備Cu2O-Bi2O3時，采用十二烷基苯黃酸鈉作分散劑、nCu：nBi=2：1、傾注法加入沉淀劑NaOH水溶液得到的催化劑的催化活性較高。③復合型氧化物Cu2O-Bi2O3的催化效果明顯優于Cu2O和Bi2O3，這表明共沉淀制備的Cu2O-Bi2O3中Cu2O與Bi2O3具有協同催化作用。④Cu2O-Bi2O3催化劑在文中的反應條件下，光催化降解率最高可達96.25%。
參考文獻：
[1]韓金霞，崔玉民.無機光催化技術研究進展[J].化學試劑，2004，26（2）：76.
[2]王子波，陳彬，管玉江，白書立，賈顯樂.N摻雜TiO2陶瓷膜的制備及其光催化性能研究[J].功能材料，2012（20）.
[3]Yoneyama H，Torimoto T.Titanium dioxide/ adsorbent hybrid photocatalyst s for photodest ruction of organic substances of dilute concent rations[J].Catalys Today，2000，58：
133.
[4]李家麟，陳金毅，賈志杰，等.用納米氧化亞銅陽光分解污染有機物[M].21世紀可持續發展之環境保護（上卷），武漢：武漢大學出版社，2000.
[5]劉洪祿，張愛茜，吳海鎖，等.氧化亞銅光催化降解對氯硝基苯酚[J].環境化學，2004，5（23）：490-494.
[6]梁光遠，等.Cu2O/Bi2O3光催化降解羅丹明B的工藝條件研究[J].價值工程，2013，15：326-327.
[7]潘素娟，王長青，雷新有，白小華，左國防.摻雜型二氧化鈦納米管光催化降解甲基橙研究[J].資源開發與市場，2011（08）.
基金項目：
河南省教育廳項目（14B150059）資助。
作者簡介（通訊作者）：高永平（1980-），男，講師，碩士研究生。endprint
