銅基光催化劑在廢水光催化降解的應用進展

王 浩，段永正，朱環(huán)環(huán)

( 1 濱州學院化學 化工學院，山東 濱州 256603；2.山東濱農(nóng)科技有限公司科研所，山東 濱州 256600)

銅基光催化劑在廢水光催化降解的應用進展

王 浩1，段永正1，朱環(huán)環(huán)2

( 1 濱州學院化學 化工學院，山東 濱州 256603；2.山東濱農(nóng)科技有限公司科研所，山東 濱州 256600)

銅基光催化劑因具有催化穩(wěn)定性高，價格便宜，資源豐富等特點而得到關(guān)注。本文對銅光催化劑的反應機理及近年來在廢水降解的應用進展作了簡要綜述， 并分別就銅基光催化劑、改性銅基光催化劑的應用來說明最近的研究進展。

光催化; 銅; 降解; 研究進展

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生廢水也迅速增加，這些污染物不僅嚴重污染周圍的生態(tài)環(huán)境，而且威脅著人類的健康。研究人員采取一系列技術(shù)手段用于污染物的治理，在這些技術(shù)手段中，光催化由于具備操作簡單、價格低廉、環(huán)境友好等優(yōu)點而成為研究的熱點[1]。銅基光催化劑因具有催化穩(wěn)定性高，價格便宜，資源豐富等特點而得到關(guān)注。本文就銅基光催化劑最近在廢水光催化降解進展進行綜述。

1 銅的化合物作為光催化劑

氧化銅在可見光下，可進行光生電子和光生空穴的有效分離，但是光催化效果仍需要進一步提高。索靜等人對硝酸銅和釩酸鉍混合后焙燒，制備了CuO-BiVO4復合光催化劑，他們發(fā)現(xiàn)CuO 的添加使可見光吸收帶發(fā)生紅移, 吸收強度也有了較大幅度的提高。并且氧化銅的添加會在催化劑表面形成一定數(shù)量的 CuO與 BiVO4的異質(zhì)結(jié)，有效抑制了光生載流子的復合, 提高了光量子效率和催化活性。當CuO 復合量為 5.0%時活性最高, 反應 5 h 后, 對甲苯去除率比純 BiVO4的提高了2倍以上[2]。毛娜利用g-C3N4的耐光腐蝕、光活性強、穩(wěn)定性好和不產(chǎn)生二次污染的優(yōu)點，將硝酸銅和g-C3N4溶解、蒸發(fā)，焙燒后制得g-C3N4負載的CuO光催化劑，在太陽光下催化降解甲基橙在光照三小時后對甲基橙降解率為 64.6%[3]。

氧化亞銅在可見光的作用下產(chǎn)生具有強氧化能力的羥基自由基，且具有低成本、穩(wěn)定性好等特點而廣受關(guān)注，但是其光催化活性仍不理想。谷芳將Cu2O 負載在 ZnO 載體上制備了Cu2O/ZnO 復合光催化劑，發(fā)現(xiàn)該催化劑既保持了 Cu2O 較高的光催化活性又得到了大顆粒的催化劑，易于沉淀分離， 能很好地解決催化劑因顆粒微小易流失、難回收的問題，在白熾燈照射下反應 60 min 后，甲基藍的去除率為 92%[4]。牛鳳興將采用水熱法制備了WO3/Cu2O 復合光催化劑，在可見光照射下，WO3/Cu2O 同時發(fā) 生電子躍遷，提高了電子和空穴的分離效率，從而提高了光催化活性。在光照3h后，可使初始濃度為6mg/L 的苯酚降解率達98%以上[5]。林慧等人利用化學沉積法，以 CuSO4·5H2O 和 Na2SO3為原料， 以人造沸石為載體，制備了沸石-Cu2O 復合型光催化劑。在可見光照射25min后，甲基橙的降解率接近90%，比純氧化亞銅提高了近一倍[6]。

半導體 CuWO4能吸收約 560 nm 的可見光， 是一種很有前景的光催化劑。廖河東等人采用水熱法結(jié)合焙燒制備了CuWO4的光催化劑，發(fā)現(xiàn)在600℃焙燒后催化劑對選礦廢水中的殘余黃藥有優(yōu)異的光催化降解效果[7]。

2 銅離子作為光催化劑的助劑

在一些光催化劑中，通過摻雜銅離子，可顯著提高催化劑的催化性能。焦愛峰等人利用硬脂酸法成功在TiO2中添加了Cu離子和Sn離子。該催化劑,充分發(fā)揮了半導體各組分的優(yōu)勢 ,最大程度地分離了電子和空穴對;另外, 銅離子的引入還強化了反應界面上電子轉(zhuǎn)移的過程, 因而復合比任何單一的改性具有更優(yōu)良的光催化性能。該催化劑在紫外光照射3小時后對苯酚降解率達95%以上[8]。高曉明等人制備了摻雜Cu離子的BiVO4催化劑。他們發(fā)現(xiàn)Cu 的復合使可見光吸收帶發(fā)生紅移，吸收強度也有較大幅度的提高，銅離子的電子捕獲作用能夠有效地阻滯 BiVO4的光生電子-空穴對的復合速率，從而提高 BiVO4的光催化性，在可見光照射 150 min 后對含酚廢水的降解率可達到 92%[9]。陳穎等人采用溶膠凝膠法制備銅離子離子摻雜的TiO2光催化劑，他們發(fā)現(xiàn)銅離子的摻雜可延長電子和空穴復合的時間，從而達到提高TiO2光催化活性，在金鹵燈照射6h，可對甲醛的降解率可達到80%以上[10]。呂向菲等人制備了銅卟啉-TiO2復合催化劑，銅卟啉以弱相互作用方式負載在 TiO2表面，使復合催化劑能夠吸收可見光。所制備的Cu(3R-O-TPP)-TiO2光催化劑在可見光照射5h后對4-硝基苯酚的降解率達80%以上。

3 結(jié)束語

銅基光催化劑，因其在催化反應過程中，具有用量少、光催化效果好，易于分離等優(yōu)點，因而越來越得到研究者的關(guān)注。但是隨著研究的深入以及應用的進一步推廣，其本身所具有的缺陷也逐漸顯示出來，比如成本高、反應穩(wěn)定性還要進一步提高等問題。這些問題的解決，仍然有待進一步研究。

[1] 趙江云,段永正,杜 平.MCM-41 負載的光催化劑的研究進展[J].廣州化工,2015,43(17):16-17.

[2] 索 靜, 柳麗芬, 楊鳳林. 負載型 Cu-BiVO4復合光催化劑的制備及可見光降解氣相甲苯[J].催化學報,2009,30(4):323-327.

[3] 毛娜.CuO/g-C3N4復合光催化劑光催化降解甲基橙[J].工業(yè)催化,2016,24(12):72-75.

[4] 谷 芳.負載型Cu2O /ZnO 復合光催化劑的制備及對甲基藍的降解[J]．哈爾濱商業(yè)大學學報(自然科學版),2013,29(4):406-408.

[5] 牛鳳興,付 峰,高曉明,等. WO3/Cu2O光催化劑的制備及其光催化降解苯酚的研究[J]．精細石油化工,2014,31(2):6-9.

[6] 林 慧，高榮杰，馮欣欣，等.沸石負載 Cu2O 光催化劑降解甲基橙[J]．環(huán) 境 工 程 學 報,2015,9(4):1783-1788.

[7] 廖河東,歐陽林莉,肖 奇. 可見光光催化劑 CuWO4吸附降解黃藥動力學研究[J].湖南有色金屬,2014,30(6):54-59.

[8] 焦愛峰,王韻芳,李雙志,等.Cu-Sn-TiO2復合光催化劑對水中苯酚降解的研究[J]．太原理工大學學報,2009,40(6):562-564.

[9] 高曉明,付 峰,呂 磊,等. 光催化劑 Cu-BiVO4的制備及其光催化降解含酚廢水[J]．化工進展,2012,31(5):1039-1042.

[10] 陳 穎,孫露露,孫男男. 采用摻雜金屬離子的TiO2光催化劑降解甲醛的工藝研究[J]．煉油與化工,2012,23(6):16-18.

(本文文獻格式：王 浩，段永正，朱環(huán)環(huán).銅基光催化劑在廢水光催化降解的應用進展[J].山東化工，2017，46(14)：176-177.)

Research Progress on Copper-basedPhotocatalyst for the Degradation of Organic Pollutions

WangHao1,DuanYongzheng1,ZhuHuanhuan2

(1.College of Chemistry & Chemical Engineering， Binzhou University， Binzhou 256600,China;2.Research and Development Department, Shandong Binnong Technology Co., Ltd. ， Binzhou 256600， China)

Copper-based photocatalysts have

much attention for catalytic stabilities, affordability, and abundant availability in the nature. The reaction mechanism of photocatalysts and applications of copper-based photocatalysts for the degradation of organic pollutions in recent years were briefly summarized. Moreover， the application of both one component copper-base photocatalyst and multiple component ones was studied.

photocatalysis; copper; degradation; research progress

2017-05-02

2016年地方高校國家級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目201610449032

王 浩 (1995—)，本科生， 從事光催化研究方向。

X788

A

1008-021X(2017)14-0176-03

資源與環(huán)境