【導(dǎo)讀】結(jié)果表明，6g/l的Na3PO4和5min的微弧時間是制備鈦網(wǎng)的最佳條件。采用微弧氧化負(fù)載Cu2+法修飾鈦網(wǎng)電極。當(dāng)Cu2+的濃度為mol/l，微弧氧化時。間7min時，光催化和光電催化對亞甲基藍(lán)的脫色率分別達(dá)到%和%。考察了多種因素對亞甲基藍(lán)光電催化的脫色率影響。根據(jù)單因素優(yōu)化的步驟，最終確定?；到饴史謩e為%和%。

　　

【正文】 金紅石相 TiO2，阻礙了光催化能力的提高。除此之外，微弧氧化過程中，氧化膜的生長和溶解是一個動態(tài)平衡過程，氧化膜生長的同時也受到電解液對氧化膜的溶解作用。隨著氧化膜的厚度不斷增加，氧化膜變得愈來愈難于擊穿，所需的擊穿電壓也越來越大，產(chǎn)生的熱量也在增加。本實驗最佳氧化時間為 5 min。 不同種類 Cu2+修飾法對光催化的影響 修飾對象是已經(jīng)微弧一次的鈦網(wǎng)，以該鈦網(wǎng)做對照，采用三種方法修飾該鈦網(wǎng)，分別是電沉積 Cu2+、溶膠 凝膠 Cu2+、再微弧氧 化 Cu2+。取 30 mL 的 1 mg/L 亞甲基藍(lán)，經(jīng)過不同方法修飾后的作為催化劑，光照 60 min，實驗結(jié)果如表 和圖 . 表 不同種類 Cu2+修飾法對應(yīng)的光催化的結(jié)果 修飾方法 不修飾 電沉積 溶膠凝膠 微弧氧化 吸光度 A0 吸光度 A 圖 不同 Cu2+修飾法的光催化結(jié)果 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 21 從圖 可知，三種修飾法均高于空白參照，說明修飾作用是正修飾。比較圖中光催化，溶膠凝膠法光催化效率為 %，高于 %的微弧氧化負(fù)載，但是溶膠凝膠法是將整個鈦網(wǎng)浸沒在溶液中，即鈦網(wǎng)面積全部被 Cu2+修飾，而微弧負(fù)載法只有 3/4 的鈦網(wǎng)被修飾，通過數(shù)據(jù)比較，選擇微弧氧化法負(fù)載 Cu2+。 微弧負(fù)載不同 Cu2+濃度對光催化的影響 Cu2+濃度有： 0 mol/L， mol/L， mol/L， mol/L， mol/L。微弧氧化時間 5 min。取 1 mg/L的亞甲基藍(lán) 30 mL，修飾后的鈦網(wǎng)作為催化劑，光催化 60 min，實驗結(jié)果如表 和圖 。 表 微弧負(fù)載不同 Cu2+濃度的光催化結(jié)果 濃度 mg/L 0 吸光度 A0 吸光度 A 圖 不同 Cu2+濃度下的催化效果 實驗表明，摻雜的 Cu2+濃度影響鈦網(wǎng)的光催化性能，通常 Cu2+濃度越大，微弧負(fù)載到鈦網(wǎng)的銅含量就多。在適宜的 Cu2+濃度下， CuTiO2 中的氧空位和銅組分能夠捕 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 22 獲光電子和光生電子，抑制了 光載流子的復(fù)合，此外，適量的 Cu2+濃度使鈦網(wǎng)表面 OH 數(shù)量增加，這些因素改善了催化劑的活性，如圖中 Cu2+濃度為 mol/L 時，光催化效果是最好的。但是 Cu2+濃度過高，過量的氧空位及銅組分則成為光生電子 空穴的復(fù)合中心，同時，過量的銅組分會覆蓋 鈦網(wǎng)表面從而阻礙其對光的吸收，并且，在銅摻雜濃度較大時 TiO2的導(dǎo)電類型由 N 型變成 P 型，導(dǎo)致 TiO2光催化劑中毒，從而降低了催化劑光催化活性。當(dāng) Cu2+濃度為 mol/L 時，光催化效果只有 %，低于不進(jìn)行 Cu2修飾（ %）的光 催化效果。因此，最佳 Cu2+濃度為 mol/L。 不同微弧時間負(fù)載 Cu2+對光催化的影響 微弧氧化時間： 1min， 3min， 5min， 7min， 9min。摻雜 Cu2+濃度為 mol/L。取 30 mL 的 1 mg/L 亞甲基藍(lán)，經(jīng)修飾后的鈦網(wǎng)作為催化劑，紫外光照 60 min，實驗結(jié)果如表 和圖 。 表 不同微弧時間負(fù)載 Cu2+的 光催化結(jié)果 時間 min 1 3 5 7 9 吸光度 A0 吸光度 A 圖 不同微弧時間下負(fù)載 Cu2+的光催化結(jié)果 微弧氧化過程中，由于電壓較高，在實驗過程中會產(chǎn)生大量的熱量，導(dǎo)致 電 解液的 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 23 溫度 隨 反應(yīng)時間的變化而變化。反應(yīng)時間較短時，電解液溫度較低，膜層的生長速度較快， 而且它的 致密性 會 較好，這主要是由于反應(yīng)過程中放出的熱量很快散失，使得燒結(jié)作用 容易進(jìn)行；反之，當(dāng)溫度較高時，由于電解液的蒸發(fā)作用，使其濃度的變化較大，不利于試驗條件的控制，生成的膜層溶解速度加快，使其生長速度減慢，容易出現(xiàn)燒蝕現(xiàn)象。因此 ,MAO 電解液的溫度一般控制在 20~60℃ [41]。 由圖 可知，微弧氧化修飾的最佳時間為 7min，此時光催化結(jié)果為 %。 Cu2+摻雜鈦網(wǎng)電極光電催化性能的研究 微弧氧化電解液種類對光電催化的影響 不同電解液下制備出不同的鈦網(wǎng)， 方法與 相同 。取 5 mg/L 的亞甲基藍(lán) 30 mL，以 mol/L 的硫酸鈉作為電解質(zhì)，取其 10 mL，溶液再加 g 蛭石和 g 石墨， 調(diào)節(jié)溶液 pH 為 ， 用制備的鈦網(wǎng)為陽極，石墨為陰極 ，電壓設(shè)為 V，光電催化 60 min。實驗結(jié)果如表 和 圖 。 表 不同電解液種類對應(yīng)的光電催化結(jié)果 電解液種類 NaOH Na2SiO3 Na3PO4 吸光度 A0 吸光度 A 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 24 圖 不同微弧氧化電解液對光電催化的影響 由圖可知，當(dāng)磷酸鈉為電解液 時 ，亞甲基藍(lán)的脫色率最好為 %.分析原因如 。 微弧氧化法電解質(zhì)濃度對光電催化的影響 在不同電解質(zhì)濃度下制備鈦網(wǎng)的方法 如 所述 。取 5 mg/L 的亞甲基藍(lán) 30 mL，以 mol/L 的硫酸鈉作為電解質(zhì)，取其 10 mL，再加 g 蛭石和 g 石墨， 調(diào)節(jié)溶液 pH 為 ，制備的鈦網(wǎng)為陰極，相同面積的石墨板為陰極，電壓設(shè)為 V，光電催化 60 min。實驗結(jié)果如表 和圖 。 表 電解質(zhì)濃度對應(yīng)的光催化結(jié)果 濃度 g/L 3 4 5 6 7 8 吸光度 A0 吸光度 A 圖 不 同濃度的電解質(zhì)對光電催化的影響 微弧氧化后的試樣表面宏觀上呈灰色。當(dāng)電解液濃度較低時陶瓷膜呈現(xiàn)不規(guī)則的多空結(jié)構(gòu)，這些孔洞之間是相互連接的網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)；同時當(dāng)電解液濃度低時，電解液中參與反應(yīng)的離子數(shù)少，在微弧反應(yīng)區(qū)消耗的 離子 不能及時得到補(bǔ)充，微弧反應(yīng)時間過短，骨形成的氧化膜層較?。浑娊庖簼舛壬邥r，溶液中參與反應(yīng)的例子數(shù)增加，微弧氧化 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 25 反應(yīng)時間充足，故能得到較厚的氧化膜。當(dāng)電解液濃度過高時，微孔孔徑變大，微孔數(shù)量減少，從而影響陶瓷膜的質(zhì)量 [42]。如圖 所示，當(dāng)電解液濃度為 6 g/L 時，亞甲基藍(lán)的脫 色效率最好為 %。 微弧氧化時間對光電催化的影響 鈦網(wǎng)的制備方法如 所述。以制備的鈦網(wǎng)為陽極，相同尺寸的石墨板為陰極，取 5mg/l 的亞甲基藍(lán) 30 mL，以 mol/Ll 的硫酸鈉作為電解質(zhì)，取其 10 mL，再加 上 g 蛭石和 g 石墨， 調(diào)節(jié)溶液 pH 為 ，電壓設(shè)為 V，光電催化 60 min。實驗結(jié)果如表 和圖 。 表 不同微弧氧化時間對應(yīng)的光電催化結(jié)果 時間 min 3 5 7 9 11 吸光度 A0 吸光度 A 圖 不同的微弧氧化時間對光 電 催化的影響 如圖 可知，微弧氧化 5 分鐘的鈦網(wǎng)電極光電催化對亞甲基藍(lán)的脫色率最好為%。 分析原因如 。 不同種類 Cu2+修飾法對光電催化的影響 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 26 如 的方法制備不同種類 Cu2+修飾的鈦網(wǎng)。以制備好的鈦網(wǎng)充當(dāng)陽極極，相同尺寸的石墨板為陰極，取 5 mg/L 的亞甲基藍(lán) 30 mL，以 mol/L 的硫酸鈉作為電解質(zhì)，取其 10 mL，再加 g 蛭石和 g 石墨， 調(diào)節(jié)溶液 pH 為 ，電壓設(shè)為 V，光電催化 60 min。實驗結(jié)果如表 和圖 。 表 不同種類 Cu2+修飾法對應(yīng)的光電催化結(jié)果 修飾方法 不修飾 電沉積 溶膠凝膠 微弧氧化 吸光度 A0 吸光度 A 圖 不同 Cu2+修飾法的光電催化結(jié)果 如圖 可知，電沉積 Cu2+方法的光電催化降解亞甲基藍(lán)的效果最好，對 亞甲基藍(lán)的脫色率 %。因為當(dāng)電沉積 Cu2+時，在鈦網(wǎng)表面形成的薄膜導(dǎo)電性更加穩(wěn)定，導(dǎo)電效率更好，對光電催化反應(yīng)過程中的電催化過程有較好的反應(yīng)效果，進(jìn)而能夠很好地提升整個光電催化過程對亞甲基藍(lán)的降解。 微弧負(fù)載不同 Cu2+濃度對光催化的影響 制備負(fù)載不同 Cu2+濃度的鈦網(wǎng)電極方法如 所述。以制備好的鈦網(wǎng)充當(dāng)電極，相同尺寸的石墨板為陰極，取 5 mg/L 的亞甲基藍(lán) 30 mL，以 mol/L 的硫酸鈉作為電解質(zhì)，取其 10 mL，再加 g 蛭石和 g 石墨， 調(diào)節(jié)溶液 pH 為 ，電壓設(shè)為 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 27 V，光電催化 60 min。實驗結(jié)果如表 和圖 。 表 微弧負(fù)載不同 Cu2+濃度的光電催化結(jié)果 濃度 mg/L 0 吸光度 A0 吸光度 A 圖 不同 Cu2+濃度下的光電催化潔果 如圖 可知，當(dāng)加入的 Cu2+為 mol/L 時，微弧氧化制備的負(fù)載銅的鈦網(wǎng)電極光電催化對 亞甲基藍(lán)的脫色率最好為 %。分析其原因和 相同。 不同微弧時間負(fù)載 Cu2+對光電催化的影響 Cu2+修飾的微弧氧化時間不同，制備鈦網(wǎng)電極的方法如 。取 5 mg/L 的亞甲基藍(lán)30 mL，以 mol/L 的硫酸鈉作為電解質(zhì)，取其 10 mL，再加 g 蛭石和 g 石墨，調(diào)節(jié)溶液 pH 為 ，用制備好的鈦網(wǎng)充當(dāng)陽極， 以 相同尺寸的石墨板為陰極，電壓 設(shè)為 V，進(jìn)行 60 min 的光電催化。實驗結(jié)果如表 和圖 。 表 不同微弧時間負(fù)載 Cu2+的 光電催化結(jié)果 時間 min 1 3 5 7 9 吸光度 A0 吸光度 A 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 28 圖 不同微弧時間下負(fù)載 Cu2+的光催化結(jié)果 由圖 可知，微弧氧化負(fù)載 Cu2+ 7 min 時，光電催化對亞甲基藍(lán)的脫色率最好為 %。 分析原因如 。 亞甲基藍(lán)初始濃度對其降解率的影響 亞甲基藍(lán)初始濃度有 :3 mg/L、 4mg/L、 5mg/L、 6mg/L、 7mg/L。 采用 ~ 所確定的最佳因素制備的鈦網(wǎng)為陽極，相同尺寸的石墨板為陰極， 亞甲基藍(lán)各取 30 mL，并各取 10 mL 的 mol/L 的電解質(zhì)硫酸鈉，蛭石 g，石墨 g，電壓 2 V， pH 為，光電催化 60 min。實驗結(jié)果如表 和圖 所示。 表 不同亞甲基藍(lán)初始濃度的光電催化結(jié)果 初始濃度 mg/L 3 4 5 6 7 吸光度 A0 吸光度 A 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 29 圖 亞甲基藍(lán)初始濃度對其降解率的影響 由圖 可知，亞甲基藍(lán)初始濃度為 5 mg/Ll 時效果是最好的。濃度過低與過高都會使降解效率降低。原因可能有兩方面：一、在工作電極有效電解面積和混合粒子加入量一定的情況下，使得產(chǎn)生的具有高化學(xué)活性的羥基自由基量有限，一般認(rèn)為表面羥基為活性點，污染物首先在活性點產(chǎn)生吸附反應(yīng)，隨著亞甲基藍(lán)濃度的不斷增加，會在某一定值處使吸附趨于飽和，過多的亞甲基藍(lán)被吸附在催化劑表面而導(dǎo)致活性部位減少，繼續(xù)增大濃度也沒有效果。二、亞甲基藍(lán)濃 度的增加使紫外光穿透溶液達(dá)到 TiO2 表面的能力變?nèi)酰?TiO2得不到足夠的能量產(chǎn)生光生電子 空穴，從而無法充分發(fā)生作用，以至于光電催化效率下降。 電解質(zhì) 初始濃度 對降解率的影響 電解質(zhì) Na2SO4的 初始濃度 有 : mol/L、 mol/L、 mol/L、 mol/L、 mol/L。由圖 可定電解質(zhì)亞甲基藍(lán)的濃度為 5 mg/L，其他反應(yīng)條件不變，光電催化 60 min。實驗結(jié)果如表 和圖 。 表 不同電解質(zhì)初始濃度的光電催化結(jié)果 濃 度 mol/L 吸光度 A0 吸光度 A 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 30 圖 電解質(zhì) Na2SO4 濃度對光電催化的影響 在光電催化中，電解質(zhì)以離子形式存在，提供 Na2+和 SO42，影響溶液的電導(dǎo)率，進(jìn)而影響亞甲基藍(lán)的降解效率。由圖 看出，隨著電解質(zhì)濃度的上升，亞甲基藍(lán)的降解率增加， mol/L 是最佳的，但是繼續(xù)增大電解質(zhì)濃度，降解率 反而下降。這種趨勢可以解釋為：溶液的離子濃度很低會使溶液的電流小，電解反應(yīng)不易發(fā)生；隨著離子濃度的增大，電流會慢慢增大，亞甲基藍(lán)溶液去除率逐漸增加至最大值；當(dāng) Na2SO4濃度增至一定程度后，通過溶液的電流超過限制電流，此后離子擴(kuò)散效應(yīng)將隨著離子濃度的增大而變小，溶液的傳質(zhì)條件變差導(dǎo)致亞甲基藍(lán)降解率下降。 電極間距對降解率的影響 由于燒杯的限制 ， 電極間距設(shè)為： 1 cm， cm， 2 cm， cm。取 5 mg/L 的亞甲基藍(lán) 30 mL， 0,01 mol/L 的硫酸鈉 10 mL，其他實驗條 件不變，光電催化 60 min。實驗結(jié)果如表 和圖 。 表 不同電極間距的光電催化結(jié)果 電極間距 cm 1 2 吸光度 A0 吸光度 A 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 31 圖 電極間距對亞甲基藍(lán)的影響