羟基磷酸铜的形貌控制及可见光芬顿催化性能研究

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本文以氯化铜和磷酸二氢铵分别为铜源和磷源,用二正丁胺(DBA)作为pH调节剂,正十六胺(HDA)作为模板剂,采用溶剂热合成法,制备了一系列不同形貌的羟基磷酸铜,采用XRD、FT-IR、SEM、UV-Vis对所合成的样进行了表征,并在可见光下对其非均相光芬顿催化性能进行了研究。  首先,在pH=8,n(Cu)/n(P)=1.6,HDA=0.06 g/mL,130℃溶剂热晶化7 h的条件下,探究了不同极性的溶剂(水、乙醇、正丙醇和正丁醇)对合成Cu2(OH)PO4形貌的影响,并考察了用不同溶剂合成的不同形貌的 Cu2(OH)PO4在可见光芬顿体系下的光催化性能。通过实验结果得出,随着所用溶剂极性的减弱,所合成的羟基磷酸铜的纳米层状结构逐渐消失,但其对应的带隙能减小,光催化性能增加,而合成具有纳米层状结构的羟基磷酸铜较适宜的溶剂是乙醇。  其次,在n(Cu)/n(P)=2,溶剂热晶化16 h的条件下,先主要考察了HDA浓度、pH和晶化温度对合成Cu2(OH)PO4纳米片的影响,再将合成的Cu2(OH)PO4纳米片与正硅酸乙酯(TEOS)混合后,通过水热法实现TEOS与HDA的交换,交换后经水洗和550℃焙烧6 h得到Cu2(OH)PO4-SiO2,并在可见光芬顿体系下,评价了复合前后Cu2(OH)PO4纳米片的光催化性能。通过实验结果得出,HDA浓度、pH和晶化温度对Cu2(OH)PO4纳米片的合成影响很大,合成Cu2(OH)PO4纳米片较适宜的条件为:pH=8,HDA=0.06 g/mL,晶化温度为110℃。Cu2(OH)PO4纳米片中的疏水性有机胺降低了其光催化性能,复合后Cu2(OH)PO4-SiO2的比表面积增大,提高了其光催化性能。  最后,在不添加模板剂HDA,pH=8,n(Cu)/n(P)=1.6,130℃溶剂热晶化48 h的条件下,合成了球形Cu2(OH)PO4。通过光催化实验和自由基捕获试验,探究了球形Cu2(OH)PO4的光催化机理以及影响其光催化性能的主要因素。在pH=5,Cu2(OH)PO4的添加量为50 mg,H2O2的添加量为0.7 mL的最优条件下,40 min时,罗丹明B(RhB)的脱色率达到99.46%。其在pH=5-9范围内不仅具有很好的光催化性能,还能降解高浓度的RhB。在可见光芬顿体系下,主要的活性物种为·OH,可见光能促进羟基磷酸铜使H2O2更快的产生·OH,从而促使RhB快速降解。
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