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CuO棉纤维复合材料的制备及其光催化性能研究
制备及其光催化性能研究
摘要：本文通过制备CuO棉纤维复合材料来研究其光催化性能。首先，将CuO纳米颗粒通过溶胶-凝胶法合成，并将其表面修饰为可溶性有机体，并与棉纤维进行复合。通过扫描电子显微镜、X射线衍射、透射电镜和紫外可见吸收光谱等表征方法对该复合材料进行了结构和形貌分析。随后，利用甲基橙溶液作为模型化合物对CuO棉纤维复合材料的光催化降解性能进行研究，并通过变换溶液浓度、pH值和光照时间等条件对光催化反应进行优化。
引言：近年来，光催化技术被广泛应用于有机污染物的治理。然而，传统的光催化材料往往具有光损失和杂质传递的缺点。因此，研究一种高效、可重复利用的光催化材料非常重要。CuO棉纤维复合材料具有较大的比表面积和充分利用光能的优点，被认为是一种很有潜力的光催化材料。
实验部分：
制备CuO棉纤维复合材料的方法如下：
1.合成CuO纳米颗粒：采用溶胶-凝胶法将Cu(NO3)2溶液滴加入脂肪酸溶液，并加入适量的NaOH溶液调整溶液pH值。经过搅拌、静置和洗涤步骤后，将产物通过离心分离和干燥得到CuO粉末。
2.修饰CuO纳米颗粒表面：将CuO粉末与可溶性有机体（如硼酸醋酯）反应，通过搅拌和分离得到修饰后的CuO纳米颗粒。
3.制备CuO棉纤维复合材料：将修饰后的CuO纳米颗粒与棉纤维进行混合，通过丝网印刷法将混合物均匀涂覆在棉纤维表面，并经过热压处理固定。
结果与讨论：
通过SEM观察，CuO纳米颗粒均匀分散在棉纤维表面，并且形成了较为均匀的复合层。XRD分析显示，复合材料中的CuO纳米颗粒为结晶相，且具有与标准CuO谱图相符的晶体结构。TEM图像进一步证实了CuO纳米颗粒的形貌和尺寸。
对CuO棉纤维复合材料的光催化性能进行了研究，以甲基橙为模型污染物。结果显示，CuO棉纤维复合材料对甲基橙具有显著的光催化降解能力。光催化降解过程中，甲基橙的吸光度随着时间的增加而下降，表明其被光催化降解为无害的产物。进一步通过变换溶液浓度、pH值和光照时间等条件来优化光催化反应。结果表明，随着溶液浓度和光照时间的增加，光催化降解率呈现出增加的趋势，而pH值对光催化反应的影响较小。
结论：本研究通过制备CuO棉纤维复合材料并研究其光催化性能，发现该复合材料对甲基橙具有较高的光催化降解能力。通过优化溶液浓度和光照时间可以进一步提高光催化反应的效率。这一研究结果对于开发新型高效的光催化材料具有重要的意义，并为有机污染物的治理提供了一种新的方法。
关键词：CuO棉纤维复合材料；光催化；甲基橙；溶液浓度；pH值；光照时间