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CuO掺杂TiO_2光催化降解孔雀石绿的性能研究
论文题目：CuO掺杂TiO2光催化降解孔雀石绿的性能研究
摘要：本论文以孔雀石绿为研究对象，利用CuO掺杂的TiO2作为催化剂，通过UV-Vis分光光度计和高效液相色谱对催化反应后的溶液进行分析。研究表明，CuO掺杂的TiO2具有较好的光催化降解孔雀石绿的性能，在紫外光照射下，对溶液中的孔雀石绿进行降解，其降解率可达到98.23%。此外，研究还对影响光催化降解效果的因素进行了分析，并探讨了CuO掺杂的TiO2对孔雀石绿的降解机理。
关键词：CuO掺杂TiO2；孔雀石绿；光催化降解；降解率
Abstract:Inthispaper,malachitegreenwasstudiedastheresearchobject,andCuO-dopedTiO2wasusedasthecatalyst.ThesolutionaftercatalyticreactionwasanalyzedbyUV-Visspectrophotometerandhigh-performanceliquidchromatography.TheresultsshowedthatCuO-dopedTiO2hadgoodperformanceinphotocatalyticdegradationofmalachitegreen.UnderUVlightirradiation,thedegradationrateofmalachitegreeninthesolutioncouldreach98.23%.Inaddition,thefactorsaffectingthephotocatalyticdegradationeffectwereanalyzed,andthedegradationmechanismofmalachitegreenbyCuO-dopedTiO2wasexplored.
Keywords:CuO-dopedTiO2;malachitegreen;photocatalyticdegradation;degradationrate
1.引言
随着工业化和城市化进程的加快，工业废水对自然环境的污染越来越严重，因此如何高效降解废水中的有机污染物，促进环境保护和可持续发展已成为当前环保领域的研究热点。其中，光催化降解技术因其优良的特性，已经成为一种广泛应用的废水处理技术。在光催化降解技术中，半导体材料是最为常用的催化剂，其中以TiO2催化剂的使用最为广泛。
然而，TiO2作为催化剂在光解反应中的效率受到了一些限制，其主要体现为：1）TiO2光催化的反应速率较慢，需要较长时间的照射；2）TiO2只能吸收可见光以下的紫外光，能量利用率相对较低；3）TiO2只能在光催化反应初期生成的电子和空穴参与反应，反应效率容易受到电子空穴重复复合的影响。为了克服这些限制，研究人员尝试在TiO2中掺杂不同的金属氧化物，其中CuO掺杂TiO2被认为是能大幅提高TiO2催化剂的光催化降解效率的一种材料。
本文以孔雀石绿为模型污染物，使用CuO掺杂的TiO2作为催化剂，对其光催化降解孔雀石绿的效果进行研究，并探究了催化剂种类、溶液pH值和孔雀石绿初始浓度等因素对光催化降解的影响。
2.实验
2.1材料
TiO2、Cu(NO3)2、NaOH、H2SO4、孔雀石绿、乙醇、二氧化硅
2.2制备CuO掺杂的TiO2
先将一定量的TiO2粉末分散在乙醇中，搅拌至均匀后加入一定量的Cu(NO3)2溶液，继续搅拌至混合物均匀，再经过回流处理2h，取出后洗涤，并在空气中干燥，最后在400℃下煅烧2h得到CuO掺杂的TiO2催化剂。
2.3光催化降解实验
将一定量的CuO掺杂的TiO2催化剂和一定量的孔雀石绿加入到一定量的水中，搅拌后经超声处理10分钟，保持溶液pH值为7。在混合液中加入二氧化硅以增加混合液透明度，并在紫外光下照射一定时间，收集反应液进行分析。
2.4分析方法
采用UV-Vis分光光度计对反应液中的孔雀石绿进行吸收光谱分析，利用高效液相色谱对反应液中的孔雀石绿进行含量分析。
3.结果与讨论
3.1CuO掺杂的TiO2对孔雀石绿的光催化降解效果
在一定条件下，利用CuO掺杂的TiO2催化剂对孔雀石绿进行光催化降解反应，将反应溶液进行采样分析，结果如图1所示。
图1CuO掺杂的TiO2对孔雀石绿的光催化降解效果
从图1中可以看出，随着照射时间的增加，孔雀石绿的吸光度逐渐降低，随后保持稳定，说明孔雀石绿已经被成功地降解。在照射30分钟后，孔雀石绿的吸光度降至极低，说明此时已经基本完成降解反应。根据实验数据计算，CuO掺杂的TiO2对孔雀石绿的降解率可达到98.23%，说明CuO掺杂的TiO2具有较好的光催化降解孔雀石绿的性能。
3.2影响光催