3D NP-Cu的比表面積是通過(guò)Brunauer-Emmett-Teller(BET, ASAP2020)測(cè)試方法得到的。TEM, SEM 和X射線光電子能譜儀(VG MultiLab-2000, Al Kα)用來(lái)分析降解反應(yīng)后3D NP-Cu的微觀結(jié)構(gòu)、成分以及化學(xué)價(jià)態(tài)的變化。在XPS測(cè)試過(guò)程中，所有的結(jié)合能均以樣品表面污染碳的位于284.6 eV處的C 1s 峰為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了校準(zhǔn)。

染料降解實(shí)驗(yàn)設(shè)置

染料降解實(shí)驗(yàn)在日光燈照射的50 ml的錐形瓶中進(jìn)行，光照強(qiáng)度為0.960 mW cm?2，通過(guò)磁轉(zhuǎn)子溫和地?cái)嚢枞芤菏沟闷渑c催化劑充分接觸。

降解實(shí)驗(yàn)操作流程

1. 取50ml的染料溶液置于錐形瓶中，通過(guò)水浴加熱使得染料溶液保持在一定溫度，然后加入一定量的催化劑，5 min后加入H?O?觸發(fā)反應(yīng)。
2. 為監(jiān)測(cè)降解反應(yīng)速率，每隔5 min從反應(yīng)體系中取1 ml溶液并加入1 ml的甲醇以停止降解反應(yīng)。
3. 紫外可見(jiàn)光分光光度計(jì)用來(lái)測(cè)試溶液中染料的濃度，一定范圍內(nèi)，溶液中污染物的濃度與吸光度成正比。取甲基橙溶液510 nm處、剛果紅 495nm處、羅丹明B 554 nm處、甲基藍(lán)664 nm處和酸性橙II 482 nm處的吸光度用來(lái)計(jì)算污染物的濃度。

實(shí)驗(yàn)條件控制

1. 本實(shí)驗(yàn)中將催化劑的劑量控制在27.2 g/L。
2. 使用1 M H?SO?將染料溶液pH值控制在2，研究了雙氧水濃度(0 - 12 mM)和反應(yīng)溫度(35 - 65℃)對(duì)催化降解性能的影響。

催化劑適用范圍探究

利用3D NP-Cu催化降解五種染料混合溶液(每種4 mg/L)的反應(yīng)探究該催化劑的可適用范圍。

混合染料廢水降解程度表征

為表征混合染料廢水的降解程度，利用HACH DRB200型COD反應(yīng)器和HACH DR 3900分光計(jì)對(duì)處理后的溶液進(jìn)行測(cè)試，得到了其COD值。

催化劑循環(huán)穩(wěn)定性評(píng)估

將完成降解實(shí)驗(yàn)后的催化劑取出，用去離子水進(jìn)行沖洗隨后放入無(wú)水乙醇中超聲清洗。清洗完成后將用作下一次降解反應(yīng)的催化劑，以評(píng)估催化劑的循環(huán)穩(wěn)定性。

反應(yīng)中Cu離子析出量測(cè)定

反應(yīng)中Cu離子的析出量由電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS, ELANDRC-e, PerkinElmer)測(cè)得。

甲基橙降解機(jī)理研究

為更好理解甲基橙降解機(jī)理，液相色譜 - 質(zhì)譜聯(lián)用儀(LC-MS, 1100 LC/MSD Trap,Agilent)被用來(lái)檢測(cè)甲基橙的降解中間產(chǎn)物。本實(shí)驗(yàn)中使用的是C18色譜柱，規(guī)格為250mm × 4.6 mm，檢測(cè)過(guò)程中柱溫保持在30 ℃，流動(dòng)相為甲醇和水，其體積比為45:55，流動(dòng)相流速為1.0 mL/min，進(jìn)樣量為20 μL。LC-MS質(zhì)譜圖的記錄范圍為50 - 500。

OH產(chǎn)生速率常數(shù)測(cè)量

?OH的產(chǎn)生速率常數(shù)是以苯甲酸(Benzoic acid, BA)的氧化反應(yīng)為探針?lè)磻?yīng)進(jìn)行測(cè)量的。苯甲酸與?OH的反應(yīng)已經(jīng)被充分研究了，其反應(yīng)過(guò)程遵循準(zhǔn)一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。溶液中?OH的濃度變化速率可以用，反應(yīng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，溶液中?OH濃度基本保持不變，因此該值等于零，亦即?OH產(chǎn)生速率與消耗速率相等。溶液中除去苯甲酸分子可能還有其他物質(zhì)(如H?O?)能猝滅?OH，均需考慮在內(nèi)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

混合染料溶液約在30分鐘內(nèi)完全褪色，證實(shí)了3D NP-Cu催化劑對(duì)不同的染料分子亦有良好的催化降解能力。然而，染料溶液的褪色僅涉及到染料分子中發(fā)色團(tuán)的破壞，有機(jī)物并沒(méi)被完全去除?；瘜W(xué)需氧量是表征水體中有機(jī)污染物濃度高低的重要指標(biāo)，亦是國(guó)家水體排放標(biāo)準(zhǔn)中的考核指標(biāo)。因此，我們測(cè)定了在3D NP-Cu催化混合染料降解過(guò)程中的COD變化。

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