铜基光催化剂在废水光催化降解的应用进展

王 浩，段永正，朱环环

( 1 滨州学院化学 化工学院，山东 滨州 256603；2.山东滨农科技有限公司科研所，山东 滨州 256600)

铜基光催化剂在废水光催化降解的应用进展

王 浩1，段永正1，朱环环2

( 1 滨州学院化学 化工学院，山东 滨州 256603；2.山东滨农科技有限公司科研所，山东 滨州 256600)

铜基光催化剂因具有催化稳定性高，价格便宜，资源丰富等特点而得到关注。本文对铜光催化剂的反应机理及近年来在废水降解的应用进展作了简要综述， 并分别就铜基光催化剂、改性铜基光催化剂的应用来说明最近的研究进展。

光催化; 铜; 降解; 研究进展

随着经济的发展，工农业生产过程中所产生废水也迅速增加，这些污染物不仅严重污染周围的生态环境，而且威胁着人类的健康。研究人员采取一系列技术手段用于污染物的治理，在这些技术手段中，光催化由于具备操作简单、价格低廉、环境友好等优点而成为研究的热点[1]。铜基光催化剂因具有催化稳定性高，价格便宜，资源丰富等特点而得到关注。本文就铜基光催化剂最近在废水光催化降解进展进行综述。

1 铜的化合物作为光催化剂

氧化铜在可见光下，可进行光生电子和光生空穴的有效分离，但是光催化效果仍需要进一步提高。索静等人对硝酸铜和钒酸铋混合后焙烧，制备了CuO-BiVO4复合光催化剂，他们发现CuO 的添加使可见光吸收带发生红移, 吸收强度也有了较大幅度的提高。并且氧化铜的添加会在催化剂表面形成一定数量的 CuO与 BiVO4的异质结，有效抑制了光生载流子的复合, 提高了光量子效率和催化活性。当CuO 复合量为 5.0%时活性最高, 反应 5 h 后, 对甲苯去除率比纯 BiVO4的提高了2倍以上[2]。毛娜利用g-C3N4的耐光腐蚀、光活性强、稳定性好和不产生二次污染的优点，将硝酸铜和g-C3N4溶解、蒸发，焙烧后制得g-C3N4负载的CuO光催化剂，在太阳光下催化降解甲基橙在光照三小时后对甲基橙降解率为 64.6%[3]。

氧化亚铜在可见光的作用下产生具有强氧化能力的羟基自由基，且具有低成本、稳定性好等特点而广受关注，但是其光催化活性仍不理想。谷芳将Cu2O 负载在 ZnO 载体上制备了Cu2O/ZnO 复合光催化剂，发现该催化剂既保持了 Cu2O 较高的光催化活性又得到了大颗粒的催化剂，易于沉淀分离， 能很好地解决催化剂因颗粒微小易流失、难回收的问题，在白炽灯照射下反应 60 min 后，甲基蓝的去除率为 92%[4]。牛凤兴将采用水热法制备了WO3/Cu2O 复合光催化剂，在可见光照射下，WO3/Cu2O 同时发 生电子跃迁，提高了电子和空穴的分离效率，从而提高了光催化活性。在光照3h后，可使初始浓度为6mg/L 的苯酚降解率达98%以上[5]。林慧等人利用化学沉积法，以 CuSO4·5H2O 和 Na2SO3为原料， 以人造沸石为载体，制备了沸石-Cu2O 复合型光催化剂。在可见光照射25min后，甲基橙的降解率接近90%，比纯氧化亚铜提高了近一倍[6]。

半导体 CuWO4能吸收约 560 nm 的可见光， 是一种很有前景的光催化剂。廖河东等人采用水热法结合焙烧制备了CuWO4的光催化剂，发现在600℃焙烧后催化剂对选矿废水中的残余黄药有优异的光催化降解效果[7]。

2 铜离子作为光催化剂的助剂

在一些光催化剂中，通过掺杂铜离子，可显著提高催化剂的催化性能。焦爱峰等人利用硬脂酸法成功在TiO2中添加了Cu离子和Sn离子。该催化剂,充分发挥了半导体各组分的优势 ,最大程度地分离了电子和空穴对;另外, 铜离子的引入还强化了反应界面上电子转移的过程, 因而复合比任何单一的改性具有更优良的光催化性能。该催化剂在紫外光照射3小时后对苯酚降解率达95%以上[8]。高晓明等人制备了掺杂Cu离子的BiVO4催化剂。他们发现Cu 的复合使可见光吸收带发生红移，吸收强度也有较大幅度的提高，铜离子的电子捕获作用能够有效地阻滞 BiVO4的光生电子-空穴对的复合速率，从而提高 BiVO4的光催化性，在可见光照射 150 min 后对含酚废水的降解率可达到 92%[9]。陈颖等人采用溶胶凝胶法制备铜离子离子掺杂的TiO2光催化剂，他们发现铜离子的掺杂可延长电子和空穴复合的时间，从而达到提高TiO2光催化活性，在金卤灯照射6h，可对甲醛的降解率可达到80%以上[10]。吕向菲等人制备了铜卟啉-TiO2复合催化剂，铜卟啉以弱相互作用方式负载在 TiO2表面，使复合催化剂能够吸收可见光。所制备的Cu(3R-O-TPP)-TiO2光催化剂在可见光照射5h后对4-硝基苯酚的降解率达80%以上。

3 结束语

铜基光催化剂，因其在催化反应过程中，具有用量少、光催化效果好，易于分离等优点，因而越来越得到研究者的关注。但是随着研究的深入以及应用的进一步推广，其本身所具有的缺陷也逐渐显示出来，比如成本高、反应稳定性还要进一步提高等问题。这些问题的解决，仍然有待进一步研究。

[1] 赵江云,段永正,杜 平.MCM-41 负载的光催化剂的研究进展[J].广州化工,2015,43(17):16-17.

[2] 索 静, 柳丽芬, 杨凤林. 负载型 Cu-BiVO4复合光催化剂的制备及可见光降解气相甲苯[J].催化学报,2009,30(4):323-327.

[3] 毛娜.CuO/g-C3N4复合光催化剂光催化降解甲基橙[J].工业催化,2016,24(12):72-75.

[4] 谷 芳.负载型Cu2O /ZnO 复合光催化剂的制备及对甲基蓝的降解[J]．哈尔滨商业大学学报(自然科学版),2013,29(4):406-408.

[5] 牛凤兴,付 峰,高晓明,等. WO3/Cu2O光催化剂的制备及其光催化降解苯酚的研究[J]．精细石油化工,2014,31(2):6-9.

[6] 林 慧，高荣杰，冯欣欣，等.沸石负载 Cu2O 光催化剂降解甲基橙[J]．环 境 工 程 学 报,2015,9(4):1783-1788.

[7] 廖河东,欧阳林莉,肖 奇. 可见光光催化剂 CuWO4吸附降解黄药动力学研究[J].湖南有色金属,2014,30(6):54-59.

[8] 焦爱峰,王韵芳,李双志,等.Cu-Sn-TiO2复合光催化剂对水中苯酚降解的研究[J]．太原理工大学学报,2009,40(6):562-564.

[9] 高晓明,付 峰,吕 磊,等. 光催化剂 Cu-BiVO4的制备及其光催化降解含酚废水[J]．化工进展,2012,31(5):1039-1042.

[10] 陈 颖,孙露露,孙男男. 采用掺杂金属离子的TiO2光催化剂降解甲醛的工艺研究[J]．炼油与化工,2012,23(6):16-18.

(本文文献格式：王 浩，段永正，朱环环.铜基光催化剂在废水光催化降解的应用进展[J].山东化工，2017，46(14)：176-177.)

Research Progress on Copper-basedPhotocatalyst for the Degradation of Organic Pollutions

WangHao1,DuanYongzheng1,ZhuHuanhuan2

(1.College of Chemistry & Chemical Engineering， Binzhou University， Binzhou 256600,China;2.Research and Development Department, Shandong Binnong Technology Co., Ltd. ， Binzhou 256600， China)

Copper-based photocatalysts have

much attention for catalytic stabilities, affordability, and abundant availability in the nature. The reaction mechanism of photocatalysts and applications of copper-based photocatalysts for the degradation of organic pollutions in recent years were briefly summarized. Moreover， the application of both one component copper-base photocatalyst and multiple component ones was studied.

photocatalysis; copper; degradation; research progress

2017-05-02

2016年地方高校国家级大学生创新创业训练计划项目201610449032

王 浩 (1995—)，本科生， 从事光催化研究方向。

X788

A

1008-021X(2017)14-0176-03

资源与环境