论文总字数：16835字

摘 要

本文采用溶胶凝胶法制备出Fe₃O₄、CuO纳米颗粒，进一步通过两步法合成Fe₃O₄/TiO₂/CuO复合材料，通过调节复合材料中CuO摩尔比，制备出Cu含量不同复合纳米颗粒，使用可见光和超声联合催化亚甲基蓝（MB）评价复合材料的性能。

由实验结果可知，摩尔比为1：1：5的Fe₃O₄/TiO₂/CuO复合颗粒在溶液pH、催化剂用量和MB浓度分别为3、50 mg/L和5 mg/L时催化效果最好。声光催化30 min时MB降解率达到96%，相比于光催化73%与声催化17%，效果更明显。向溶液中添加H₂O₂后降解率提高到98%。复合材料回收重复使用4次，降解率仍能达到82%以上。

关键词：TiO₂；复合材料；声光催化；亚甲基蓝

Magnetic composite Fe₃O₄/ CuO/TiO₂ nanoparticles: preparation and sonophotocatalytic activity for the removal of methylene blue

Abstract

Fe₃O₄ and CuO particles were synthesized by a sol-gel method, and then Fe₃O₄/TiO₂/CuO composite were further synthesized by two steps. By adjusting the molar ratio of CuO, we prepared three kinds of materials. Under the catalysis of visible light and ultrasound, the performance of catalyst is evaluated by the decomposition of methylene blue (MB).

The sono-photocatalytic performance of Fe₃O₄/TiO₂/CuO composite with the molar ratio of 1:1:5 is the best. Using 50 mg / L composite material, and the initial pH of the solution is 5 as well as the concentration of MB is 5 mg/L, the decomposition rate of MB is up to 96% after 30 min, and the catalytic efficiency is higher than that under photocatalysis alone (73%) and ultrasound (17%). The decomposition rate is up to 98% with the addition of H₂O₂. After four times reusing of catalysts, the decomposition rate of MB is still over 82%.

Keywords: TiO₂；composite；sonophotocatalysis；methylene blue

目 录

摘要 I

Abstract II

目录 I

第一章 文献综述 1

1.1 印染废水 1

1.1.1 印染废水的危害 1

1.1.2 印染废水处理方法 2

1.2 声光催化技术 3

1.2.1 光催化原理 3

1.2.2 声光催化原理 4

1.3 声光催化半导体材料 4

1.3.1 TiO₂的应用 4

1.3.2 TiO₂晶体结构 5

1.3.3 以TiO₂为核心的复合材料的制备 6

1.3.4 催化活性影响因素 7

1.4 研究目的和意义 7

第二章 材料与方法 9

2.1 主要实验试剂 9

2.2 主要实验仪器 9

2.3 声光催化设备 10

2.4 Fe₃O₄、CuO纳米颗粒的制备 11

2.5 Fe₃O₄/TiO₂/CuO复合材料的制备 11

2.6 声光催化降解亚甲基蓝 12

第三章 结果与讨论 13

3.1 声光催化条件对亚甲基蓝降解的影响 13

3.1.1 金属氧化物复合以及其复合比例 13

3.1.2 亚甲基蓝初始浓度 13

3.1.3 催化剂用量 14

3.1.4 溶液pH 15

3.1.5 H₂O₂的添加 16

3.1.6 声光联合催化效果 16

3.1.7 复合材料重复使用性 17

第四章 结论与展望 18

4.1 结论 18

4.2 展望 18

参考文献 19

致谢 22

第一章 文献综述

1.1 印染废水

1.1.1 印染废水的危害

印染废水是指由化学纤维、棉、麻及其混合纺织产品为主的印染、毛织的染整以及丝绸工业所排出的废水^[1]，印染废水的组成及水质要求见表1-1和表1-2，其中包括的一些难降解的有机物以及有毒物质。印染废水占我国的纺织工业废水排放的80%，回收重复利用率却不足10%。随着染料纺织工业的快速发展，印染废水的排放量急剧增加，导致水资源污染的状况也日益严重。

印染废水数量庞大、成分复杂、处理困难，能够对自然造成很大的危害。其中含有一些汞、铅、铬等重金属盐类，难以有效地降解，能够在自然环境中长期存在，并且通过食物链系统危及人类健康^[2]；其次，废水中的染料等物质能够吸收光线，水体透明度低，色度增加，其中一些染料会产生毒素，导致水质变差，引起水体生物死亡，破坏水体生态平衡^[3]；最后，印染废水的酸碱、纤维物质、重金属盐类在土壤中发生一些反应，生产毒物，导致土质恶化，引起植物和作物死亡，严重破坏环境。

表1-1 印染废水种类及成分

表1-2 进出水质

项目

CODcr/（mg·L-1）

BOD5/（mg·L-1）

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