Cu2O和壳聚糖薄膜的电化学沉积及其在环境治理方面的应用

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Cu2O和壳聚糖在处理水污染物方面都具有重要的应用,其中Cu2O主要是利用其光催化性能实现对污染物的光降解;壳聚糖则主要利用其对金属离子的吸附性能实现对贵金属离子的吸附回收。但是在应用时,两种材料均是以颗粒形式分散在相应溶液中,不易回收。基于这种情况,本文在室温条件下通过电化学沉积法在固体衬底上制备Cu2O颗粒,系统研究了其对染料和有机化合物的光催化降解能力;进一步,以改善Cu20光催化性能为目标,通过两步电化学沉积制备了Cu2O/壳聚糖复合光催化剂,并探讨了其相关光催化性能;为了实现对溶液中重金属离子的回收处理,电化学沉积制备了壳聚糖薄膜,以此为基础,运用光化学法,构筑铜离子印迹表面铸型印迹壳聚糖薄膜,研究其吸附性能。取得的主要实验结果分为如下四个部分:  (1)室温条件下,恒电流电化学沉积法制备了大小均一、颗粒稳定的八面体Cu2O颗粒。由于CU2O颗粒是直接在ITO导电衬底上生成的,所得的光催化剂具有易回收,易重复使用的优点。通过改变光催化实验的反应条件,即光催化剂的沉积时间、3%H2O2的用量和亚甲基蓝溶液的体积,系统考察导电衬底上八面体Cu2O颗粒的光催化性能。结果表明在可见光条件下,所得的光催化剂具有优异的光催化性能,当光照时间为120min时,光催化剂对亚甲基蓝的降解达到97%。当导电衬底上八面体Cu2O颗粒的沉积时间为30min,3%H2O2的用量为1ml,亚甲基蓝体积为50ml时,光催化剂的催化性能达到最佳。同时,通过光催化剂的重复试验和对其他几种不同染料的降解,发现该光催化剂不仅具有较好的稳定性和可重复利用性,而且可以有效地降解其他几种常见的染料,可见,导电衬底上八面体Cu2O颗粒对染料的降解具有广泛性,而不是局限于某一种染料。  (2)以对硝基苯酚为目标降解物,通过对光催化反应实验条件的控制和运用HPLC对中间产物的检测,研究导电衬底上八面体Cu2O颗粒光催化降解对硝基苯酚的中间产物和降解机理。结果表明,反应溶液的温度、H2O2的用量和可见光光源的强度均会对对硝基苯酚的降解效率产生影响。当反应溶液温度越高、光强越强并加入适量的H2O2时,对硝基苯溶液中就会产生越多的羟基自由基,越有利于对硝基苯酚的催化降解和分解矿化。通过HPLC对不同光照时间所取对硝基苯酚反应液进行分析可知,导电衬底上八面体Cu2O颗粒光催化降解对硝基苯酚过程中所生成的中间产物为对苯二酚和对苯二鲲,并经历一个生成对苯二酚的降解历程。  (3)以八面体Cu2O颗粒为基础,运用电化学沉积法制备八面体Cu2O/壳聚糖复合光催化剂并研究其光催化性能。复合光催化剂的催化性能主要是由壳聚糖颗粒和Cu2O颗粒{111}晶面复合程度决定,并与壳聚糖沉积时间有着直接联系。当壳聚糖沉积时间为30min时,壳聚糖颗粒与Cu2O颗粒{111)晶面复合程度最佳,壳聚糖颗粒在ITO导电衬底上的生长几率最低,此时的复合光催化剂的催化性能最好。同时,与Cu2O催化剂相比,经过壳聚糖复合的Cu20颗粒降解甲基橙的效果要优于单独的Cu20颗粒,说明壳聚糖的存在可以提高甲基橙的降解效率。  (4)室温条件下,恒电流电化学沉积法制备壳聚糖薄膜,在此基础上,光化学构筑铜离子印迹表面铸型壳聚糖薄膜并研究其对铜离子的吸附性能。其中壳聚糖颗粒以类似于球形的形貌密集有序地排列在导电衬底上。结果表明,经印迹处理的壳聚糖薄膜对模板铜离子的吸附性能优于非印迹处理的壳聚糖,说明在室温条件下,构筑该类型的离子印迹壳聚糖薄膜是可行的。
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