Cu2O—Bi2O3复合氧化物的制备及其光催化性能的研究高

永平等

摘要：文章考察了不同铜源、不同分散剂、Cu/Bi的配比不同、不同沉淀剂、沉淀剂的加入方式的不同等制备条件对光催化性能的影响。结果表明，由硫酸铜作铜源、十二烷基苯磺酸钠作分散剂、氢氧化钠作沉淀剂、Cu、Bi摩尔配比为2、采用一次加入沉淀剂所得催化剂的催化效果最佳。罗丹明B浓度为5mg/L，催化剂（Cu2O-Bi2O3）为1.0g/L，H2O2加入量1.0%，反应时间30min，此条件下，罗丹明B的降解率达到96.25%。

关键词：Cu2O-Bi2O3 罗丹明B 光催化

水溶性罗丹明B染料是我国印染工业中污染治理的主要对象，采用的化学和生物等降解方法效果不明显，文献报道较多的可见光催化剂为单一的Cu2O和Bi2O3[1-3]，对于二者的复合氧化物催化剂尚未见报道，为了提高催化效率，本论文将以水溶性罗丹明B染料为代表化合物作为研究对象，采用自制的Cu2O，Bi2O3，Cu2O-Bi2O3对其进行光催化降解试验研究。

Cu2O，Bi2O3，Cu2O-Bi2O3化学性质稳定，价廉易得并且在光照作用下有强氧化能力，可使水中有色染料完全降解[4-5]，因此Cu2O、Bi2O3和Cu2O-Bi2O3适合于染料废水的处理。本论文采用共沉淀法，制备不同粒径的铜和铋结合的Cu2O-Bi2O3，来考查这样的复合氧化物的催化效果。

1 实验方法

1.1 仪器和试剂

所用仪器：BS-210电子天平（北京赛多利斯天平有限公司）；HJ-3恒温磁力搅拌器（江苏金坛医疗仪器厂）；TDL-4台式离心机（上海安亭科学仪器厂）；spetrumlab22pc分光光度计（上海棱光技术有限公司）；ZK-82B型真空干燥箱（上海市实验仪器总厂）；PH-101电热恒温鼓风干燥箱（天津市中环实验电炉有限公司）；KQ-C玻璃仪器气流烘干器（巩义市予华仪器有限责任公司）；超声波清洗器（巩义市予华仪器有限责任公司）等。

所用试剂硝酸铋、硫酸铜、硝酸铜、氯化铜、水合肼、淀粉、葡萄糖、十六烷基三甲基溴化氨、十二烷基苯磺酸钠、柠檬酸三钠、双氧水、氢氧化钠、罗丹明B等均为分析纯。

1.2 分析方法

罗丹明B溶液对可见光有吸收，通过分光光度法测量罗丹明B反应前后吸光度变化来计算它的降解率。

1.3 Cu2O-Bi2O3复合氧化物的制备

室温下，在pH<1的稀硝酸溶液中将适量铋盐和铜盐溶解后加适量的分散剂，搅拌均匀，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，至产生红色沉淀，抽滤、洗涤、真空干燥，得到复合氧化物。

2 结果与讨论

Cu2O、Bi2O3、Cu2O-Bi2O3的催化性能对比：

Cu2O的制备：室温下，NaOH作沉淀剂，Cu（NO3）2作铜源，加入一定量的分散剂，制备Cu2O[6]。

取两份上述一定量Cu2O光催化降解80mL浓度为5mg/L罗丹明B溶液，一份加0.8mLH2O2，一份不加H2O2，在同一时段太阳光照射下，反应30min后取样，二次离心，测定吸光度后计算脱色率。

Bi2O3的制备：将硝酸铋溶解在稀硝酸溶液中，再加入分散剂，用NaOH溶液滴至混合溶液pH≈13，经抽滤，洗涤和真空干燥，得到Bi2O3粉末[7]。

取两份上述一定量Bi2O3光催化降解80mL浓度为5mg/L罗丹明B溶液，一份加0.8mLH2O2，一份不加H2O2，在同一时段太阳光照射下，反应30min后取样，离心，测定吸光度并计算降解率。如图1所示。

Cu2O-Bi2O3的制备：取两份0.0800g由最佳分散剂、倾倒NaOH水溶液、最佳铜盐、最佳反应物配比制备的Cu2O-Bi2O3复合氧化物，光催化降解80mL浓度为5mg/L罗丹明B溶液，一份加0.8mLH2O2，一份不加H2O2，在同一时段太阳光照射下，反应30min后取样，离心，测定脱色率。

实验结果表明：Cu2O、Bi2O3、Cu2O-Bi2O3三种催化剂在相同条件下对罗丹明B的光催化降解时，加H2O2的降解率均优于未加H2O2的。在加入H2O2的反应情况下，Cu2O-Bi2O3催化剂的光降解率明显高于Cu2O、Bi2O3的。所以共沉淀制备的Cu2O-Bi2O3中Cu2O与Bi2O3具有协同催化作用。

3 结论

本文通过对比研究得出以下结论：①Cu2O、Bi2O3、Cu2O-Bi2O3三种催化剂在加入H2O2时催化效果均较好。②制备Cu2O-Bi2O3时，采用十二烷基苯黄酸钠作分散剂、nCu：nBi=2：1、倾注法加入沉淀剂NaOH水溶液得到的催化剂的催化活性较高。③复合型氧化物Cu2O-Bi2O3的催化效果明显优于Cu2O和Bi2O3，这表明共沉淀制备的Cu2O-Bi2O3中Cu2O与Bi2O3具有协同催化作用。④Cu2O-Bi2O3催化剂在文中的反应条件下，光催化降解率最高可达96.25%。

参考文献：

[1]韩金霞，崔玉民.无机光催化技术研究进展[J].化学试剂，2004，26（2）：76.

[2]王子波，陈彬，管玉江，白书立，贾显乐.N掺杂TiO2陶瓷膜的制备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，陈金毅，贾志杰，等.用纳米氧化亚铜阳光分解污染有机物[M].21世纪可持续发展之环境保护（上卷），武汉：武汉大学出版社，2000.

[5]刘洪禄，张爱茜，吴海锁，等.氧化亚铜光催化降解对氯硝基苯酚[J].环境化学，2004，5（23）：490-494.

[6]梁光远，等.Cu2O/Bi2O3光催化降解罗丹明B的工艺条件研究[J].价值工程，2013，15：326-327.

[7]潘素娟，王长青，雷新有，白小华，左国防.掺杂型二氧化钛纳米管光催化降解甲基橙研究[J].资源开发与市场，2011（08）.

基金项目：

河南省教育厅项目（14B150059）资助。

作者简介（通讯作者）：高永平（1980-），男，讲师，硕士研究生。endprint

摘要：文章考察了不同铜源、不同分散剂、Cu/Bi的配比不同、不同沉淀剂、沉淀剂的加入方式的不同等制备条件对光催化性能的影响。结果表明，由硫酸铜作铜源、十二烷基苯磺酸钠作分散剂、氢氧化钠作沉淀剂、Cu、Bi摩尔配比为2、采用一次加入沉淀剂所得催化剂的催化效果最佳。罗丹明B浓度为5mg/L，催化剂（Cu2O-Bi2O3）为1.0g/L，H2O2加入量1.0%，反应时间30min，此条件下，罗丹明B的降解率达到96.25%。

关键词：Cu2O-Bi2O3 罗丹明B 光催化

水溶性罗丹明B染料是我国印染工业中污染治理的主要对象，采用的化学和生物等降解方法效果不明显，文献报道较多的可见光催化剂为单一的Cu2O和Bi2O3[1-3]，对于二者的复合氧化物催化剂尚未见报道，为了提高催化效率，本论文将以水溶性罗丹明B染料为代表化合物作为研究对象，采用自制的Cu2O，Bi2O3，Cu2O-Bi2O3对其进行光催化降解试验研究。

Cu2O，Bi2O3，Cu2O-Bi2O3化学性质稳定，价廉易得并且在光照作用下有强氧化能力，可使水中有色染料完全降解[4-5]，因此Cu2O、Bi2O3和Cu2O-Bi2O3适合于染料废水的处理。本论文采用共沉淀法，制备不同粒径的铜和铋结合的Cu2O-Bi2O3，来考查这样的复合氧化物的催化效果。

1 实验方法

1.1 仪器和试剂

所用仪器：BS-210电子天平（北京赛多利斯天平有限公司）；HJ-3恒温磁力搅拌器（江苏金坛医疗仪器厂）；TDL-4台式离心机（上海安亭科学仪器厂）；spetrumlab22pc分光光度计（上海棱光技术有限公司）；ZK-82B型真空干燥箱（上海市实验仪器总厂）；PH-101电热恒温鼓风干燥箱（天津市中环实验电炉有限公司）；KQ-C玻璃仪器气流烘干器（巩义市予华仪器有限责任公司）；超声波清洗器（巩义市予华仪器有限责任公司）等。

所用试剂硝酸铋、硫酸铜、硝酸铜、氯化铜、水合肼、淀粉、葡萄糖、十六烷基三甲基溴化氨、十二烷基苯磺酸钠、柠檬酸三钠、双氧水、氢氧化钠、罗丹明B等均为分析纯。

1.2 分析方法

罗丹明B溶液对可见光有吸收，通过分光光度法测量罗丹明B反应前后吸光度变化来计算它的降解率。

1.3 Cu2O-Bi2O3复合氧化物的制备

室温下，在pH<1的稀硝酸溶液中将适量铋盐和铜盐溶解后加适量的分散剂，搅拌均匀，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，至产生红色沉淀，抽滤、洗涤、真空干燥，得到复合氧化物。

2 结果与讨论

Cu2O、Bi2O3、Cu2O-Bi2O3的催化性能对比：

Cu2O的制备：室温下，NaOH作沉淀剂，Cu（NO3）2作铜源，加入一定量的分散剂，制备Cu2O[6]。

取两份上述一定量Cu2O光催化降解80mL浓度为5mg/L罗丹明B溶液，一份加0.8mLH2O2，一份不加H2O2，在同一时段太阳光照射下，反应30min后取样，二次离心，测定吸光度后计算脱色率。

Bi2O3的制备：将硝酸铋溶解在稀硝酸溶液中，再加入分散剂，用NaOH溶液滴至混合溶液pH≈13，经抽滤，洗涤和真空干燥，得到Bi2O3粉末[7]。

取两份上述一定量Bi2O3光催化降解80mL浓度为5mg/L罗丹明B溶液，一份加0.8mLH2O2，一份不加H2O2，在同一时段太阳光照射下，反应30min后取样，离心，测定吸光度并计算降解率。如图1所示。

Cu2O-Bi2O3的制备：取两份0.0800g由最佳分散剂、倾倒NaOH水溶液、最佳铜盐、最佳反应物配比制备的Cu2O-Bi2O3复合氧化物，光催化降解80mL浓度为5mg/L罗丹明B溶液，一份加0.8mLH2O2，一份不加H2O2，在同一时段太阳光照射下，反应30min后取样，离心，测定脱色率。

实验结果表明：Cu2O、Bi2O3、Cu2O-Bi2O3三种催化剂在相同条件下对罗丹明B的光催化降解时，加H2O2的降解率均优于未加H2O2的。在加入H2O2的反应情况下，Cu2O-Bi2O3催化剂的光降解率明显高于Cu2O、Bi2O3的。所以共沉淀制备的Cu2O-Bi2O3中Cu2O与Bi2O3具有协同催化作用。

3 结论

本文通过对比研究得出以下结论：①Cu2O、Bi2O3、Cu2O-Bi2O3三种催化剂在加入H2O2时催化效果均较好。②制备Cu2O-Bi2O3时，采用十二烷基苯黄酸钠作分散剂、nCu：nBi=2：1、倾注法加入沉淀剂NaOH水溶液得到的催化剂的催化活性较高。③复合型氧化物Cu2O-Bi2O3的催化效果明显优于Cu2O和Bi2O3，这表明共沉淀制备的Cu2O-Bi2O3中Cu2O与Bi2O3具有协同催化作用。④Cu2O-Bi2O3催化剂在文中的反应条件下，光催化降解率最高可达96.25%。

参考文献：

[1]韩金霞，崔玉民.无机光催化技术研究进展[J].化学试剂，2004，26（2）：76.

[2]王子波，陈彬，管玉江，白书立，贾显乐.N掺杂TiO2陶瓷膜的制备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，陈金毅，贾志杰，等.用纳米氧化亚铜阳光分解污染有机物[M].21世纪可持续发展之环境保护（上卷），武汉：武汉大学出版社，2000.

[5]刘洪禄，张爱茜，吴海锁，等.氧化亚铜光催化降解对氯硝基苯酚[J].环境化学，2004，5（23）：490-494.

[6]梁光远，等.Cu2O/Bi2O3光催化降解罗丹明B的工艺条件研究[J].价值工程，2013，15：326-327.

[7]潘素娟，王长青，雷新有，白小华，左国防.掺杂型二氧化钛纳米管光催化降解甲基橙研究[J].资源开发与市场，2011（08）.

基金项目：

河南省教育厅项目（14B150059）资助。

作者简介（通讯作者）：高永平（1980-），男，讲师，硕士研究生。endprint

摘要：文章考察了不同铜源、不同分散剂、Cu/Bi的配比不同、不同沉淀剂、沉淀剂的加入方式的不同等制备条件对光催化性能的影响。结果表明，由硫酸铜作铜源、十二烷基苯磺酸钠作分散剂、氢氧化钠作沉淀剂、Cu、Bi摩尔配比为2、采用一次加入沉淀剂所得催化剂的催化效果最佳。罗丹明B浓度为5mg/L，催化剂（Cu2O-Bi2O3）为1.0g/L，H2O2加入量1.0%，反应时间30min，此条件下，罗丹明B的降解率达到96.25%。

关键词：Cu2O-Bi2O3 罗丹明B 光催化

水溶性罗丹明B染料是我国印染工业中污染治理的主要对象，采用的化学和生物等降解方法效果不明显，文献报道较多的可见光催化剂为单一的Cu2O和Bi2O3[1-3]，对于二者的复合氧化物催化剂尚未见报道，为了提高催化效率，本论文将以水溶性罗丹明B染料为代表化合物作为研究对象，采用自制的Cu2O，Bi2O3，Cu2O-Bi2O3对其进行光催化降解试验研究。

Cu2O，Bi2O3，Cu2O-Bi2O3化学性质稳定，价廉易得并且在光照作用下有强氧化能力，可使水中有色染料完全降解[4-5]，因此Cu2O、Bi2O3和Cu2O-Bi2O3适合于染料废水的处理。本论文采用共沉淀法，制备不同粒径的铜和铋结合的Cu2O-Bi2O3，来考查这样的复合氧化物的催化效果。

1 实验方法

1.1 仪器和试剂

所用仪器：BS-210电子天平（北京赛多利斯天平有限公司）；HJ-3恒温磁力搅拌器（江苏金坛医疗仪器厂）；TDL-4台式离心机（上海安亭科学仪器厂）；spetrumlab22pc分光光度计（上海棱光技术有限公司）；ZK-82B型真空干燥箱（上海市实验仪器总厂）；PH-101电热恒温鼓风干燥箱（天津市中环实验电炉有限公司）；KQ-C玻璃仪器气流烘干器（巩义市予华仪器有限责任公司）；超声波清洗器（巩义市予华仪器有限责任公司）等。

所用试剂硝酸铋、硫酸铜、硝酸铜、氯化铜、水合肼、淀粉、葡萄糖、十六烷基三甲基溴化氨、十二烷基苯磺酸钠、柠檬酸三钠、双氧水、氢氧化钠、罗丹明B等均为分析纯。

1.2 分析方法

罗丹明B溶液对可见光有吸收，通过分光光度法测量罗丹明B反应前后吸光度变化来计算它的降解率。

1.3 Cu2O-Bi2O3复合氧化物的制备

室温下，在pH<1的稀硝酸溶液中将适量铋盐和铜盐溶解后加适量的分散剂，搅拌均匀，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，至产生红色沉淀，抽滤、洗涤、真空干燥，得到复合氧化物。

2 结果与讨论

Cu2O、Bi2O3、Cu2O-Bi2O3的催化性能对比：

Cu2O的制备：室温下，NaOH作沉淀剂，Cu（NO3）2作铜源，加入一定量的分散剂，制备Cu2O[6]。

取两份上述一定量Cu2O光催化降解80mL浓度为5mg/L罗丹明B溶液，一份加0.8mLH2O2，一份不加H2O2，在同一时段太阳光照射下，反应30min后取样，二次离心，测定吸光度后计算脱色率。

Bi2O3的制备：将硝酸铋溶解在稀硝酸溶液中，再加入分散剂，用NaOH溶液滴至混合溶液pH≈13，经抽滤，洗涤和真空干燥，得到Bi2O3粉末[7]。

取两份上述一定量Bi2O3光催化降解80mL浓度为5mg/L罗丹明B溶液，一份加0.8mLH2O2，一份不加H2O2，在同一时段太阳光照射下，反应30min后取样，离心，测定吸光度并计算降解率。如图1所示。

Cu2O-Bi2O3的制备：取两份0.0800g由最佳分散剂、倾倒NaOH水溶液、最佳铜盐、最佳反应物配比制备的Cu2O-Bi2O3复合氧化物，光催化降解80mL浓度为5mg/L罗丹明B溶液，一份加0.8mLH2O2，一份不加H2O2，在同一时段太阳光照射下，反应30min后取样，离心，测定脱色率。

实验结果表明：Cu2O、Bi2O3、Cu2O-Bi2O3三种催化剂在相同条件下对罗丹明B的光催化降解时，加H2O2的降解率均优于未加H2O2的。在加入H2O2的反应情况下，Cu2O-Bi2O3催化剂的光降解率明显高于Cu2O、Bi2O3的。所以共沉淀制备的Cu2O-Bi2O3中Cu2O与Bi2O3具有协同催化作用。

3 结论

本文通过对比研究得出以下结论：①Cu2O、Bi2O3、Cu2O-Bi2O3三种催化剂在加入H2O2时催化效果均较好。②制备Cu2O-Bi2O3时，采用十二烷基苯黄酸钠作分散剂、nCu：nBi=2：1、倾注法加入沉淀剂NaOH水溶液得到的催化剂的催化活性较高。③复合型氧化物Cu2O-Bi2O3的催化效果明显优于Cu2O和Bi2O3，这表明共沉淀制备的Cu2O-Bi2O3中Cu2O与Bi2O3具有协同催化作用。④Cu2O-Bi2O3催化剂在文中的反应条件下，光催化降解率最高可达96.25%。

参考文献：

[1]韩金霞，崔玉民.无机光催化技术研究进展[J].化学试剂，2004，26（2）：76.

[2]王子波，陈彬，管玉江，白书立，贾显乐.N掺杂TiO2陶瓷膜的制备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，陈金毅，贾志杰，等.用纳米氧化亚铜阳光分解污染有机物[M].21世纪可持续发展之环境保护（上卷），武汉：武汉大学出版社，2000.

[5]刘洪禄，张爱茜，吴海锁，等.氧化亚铜光催化降解对氯硝基苯酚[J].环境化学，2004，5（23）：490-494.

[6]梁光远，等.Cu2O/Bi2O3光催化降解罗丹明B的工艺条件研究[J].价值工程，2013，15：326-327.

[7]潘素娟，王长青，雷新有，白小华，左国防.掺杂型二氧化钛纳米管光催化降解甲基橙研究[J].资源开发与市场，2011（08）.

基金项目：

河南省教育厅项目（14B150059）资助。

作者简介（通讯作者）：高永平（1980-），男，讲师，硕士研究生。endprint