銅基光催化劑在廢水光催化降解的應(yīng)用進(jìn)展

王 浩，段永正，朱環(huán)環(huán)

( 1 濱州學(xué)院化學(xué) 化工學(xué)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(yīng)用進(jìn)展

王 浩1，段永正1，朱環(huán)環(huán)2

( 1 濱州學(xué)院化學(xué) 化工學(xué)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(jià)格便宜，資源豐富等特點(diǎn)而得到關(guān)注。本文對(duì)銅光催化劑的反應(yīng)機(jī)理及近年來(lái)在廢水降解的應(yīng)用進(jìn)展作了簡(jiǎn)要綜述， 并分別就銅基光催化劑、改性銅基光催化劑的應(yīng)用來(lái)說(shuō)明最近的研究進(jìn)展。

光催化; 銅; 降解; 研究進(jìn)展

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中所產(chǎn)生廢水也迅速增加，這些污染物不僅嚴(yán)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(jiǎn)單、價(jià)格低廉、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)而成為研究的熱點(diǎn)[1]。銅基光催化劑因具有催化穩(wěn)定性高，價(jià)格便宜，資源豐富等特點(diǎn)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(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 銅的化合物作為光催化劑

氧化銅在可見(jiàn)光下，可進(jìn)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(jìn)一步提高。索靜等人對(duì)硝酸銅和釩酸鉍混合后焙燒，制備了CuO-BiVO4復(fù)合光催化劑，他們發(fā)現(xiàn)CuO 的添加使可見(jiàn)光吸收帶發(fā)生紅移, 吸收強(qiáng)度也有了較大幅度的提高。并且氧化銅的添加會(huì)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(fù)合, 提高了光量子效率和催化活性。當(dāng)CuO 復(fù)合量為 5.0%時(shí)活性最高, 反應(yīng) 5 h 后, 對(duì)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(qiáng)、穩(wěn)定性好和不產(chǎn)生二次污染的優(yōu)點(diǎn)，將硝酸銅和g-C3N4溶解、蒸發(fā)，焙燒后制得g-C3N4負(fù)載的CuO光催化劑，在太陽(yáng)光下催化降解甲基橙在光照三小時(shí)后對(duì)甲基橙降解率為 64.6%[3]。

氧化亞銅在可見(jiàn)光的作用下產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化能力的羥基自由基，且具有低成本、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)而廣受關(guān)注，但是其光催化活性仍不理想。谷芳將Cu2O 負(fù)載在 ZnO 載體上制備了Cu2O/ZnO 復(fù)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(wèn)題，在白熾燈照射下反應(yīng) 60 min 后，甲基藍(lán)的去除率為 92%[4]。牛鳳興將采用水熱法制備了WO3/Cu2O 復(fù)合光催化劑，在可見(jiàn)光照射下，WO3/Cu2O 同時(shí)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(dá)98%以上[5]。林慧等人利用化學(xué)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(fù)合型光催化劑。在可見(jiàn)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(dǎo)體 CuWO4能吸收約 560 nm 的可見(jiàn)光， 是一種很有前景的光催化劑。廖河?xùn)|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(duì)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(guò)摻雜銅離子，可顯著提高催化劑的催化性能。焦愛(ài)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(dǎo)體各組分的優(yōu)勢(shì) ,最大程度地分離了電子和空穴對(duì);另外, 銅離子的引入還強(qiáng)化了反應(yīng)界面上電子轉(zhuǎn)移的過(guò)程, 因而復(fù)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(shí)后對(duì)苯酚降解率達(dá)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(fù)合使可見(jiàn)光吸收帶發(fā)生紅移，吸收強(qiáng)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(duì)的復(fù)合速率，從而提高 BiVO4的光催化性，在可見(jiàn)光照射 150 min 后對(duì)含酚廢水的降解率可達(dá)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(zhǎng)電子和空穴復(fù)合的時(shí)間，從而達(dá)到提高TiO2光催化活性，在金鹵燈照射6h，可對(duì)甲醛的降解率可達(dá)到80%以上[10]。呂向菲等人制備了銅卟啉-TiO2復(fù)合催化劑，銅卟啉以弱相互作用方式負(fù)載在 TiO2表面，使復(fù)合催化劑能夠吸收可見(jiàn)光。所制備的Cu(3R-O-TPP)-TiO2光催化劑在可見(jiàn)光照射5h后對(duì)4-硝基苯酚的降解率達(dá)80%以上。

3 結(jié)束語(yǔ)

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

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

[2] 索 靜, 柳麗芬, 楊鳳林. 負(fù)載型 Cu-BiVO4復(fù)合光催化劑的制備及可見(jiàn)光降解氣相甲苯[J].催化學(xué)報(bào),2009,30(4):323-327.

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[8] 焦愛(ài)峰,王韻芳,李雙志,等.Cu-Sn-TiO2復(fù)合光催化劑對(duì)水中苯酚降解的研究[J]．太原理工大學(xué)學(xué)報(bào),2009,40(6):562-564.

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[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(xiàn)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(yīng)用進(jìn)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(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)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