ZnO/CuO@Al2O3复合光催化剂的构建及其高效降解废水中亚甲基蓝的应用研究

本研究针对工业废水中难降解有机染料亚甲基蓝（MB）的污染问题，通过浸渍法构建了以氧化铝陶瓷泡沫（ACF）为载体的aACF/ZnO/CuO@Al2O3复合光催化剂。该催化剂在可见光下表现出卓越的降解效率（95%，70分钟），并通过Al2O3包覆层实现四次循环稳定性，为工业废水处理提供了绿色高效的解决方案。

　　

纺织、印染等行业排放的废水中，亚甲基蓝（MB）等合成染料因其毒性和环境持久性成为治理难题。传统处理方法如吸附和生物降解存在效率低、二次污染等问题，而高级氧化工艺（AOP）中的光催化技术虽能利用光能降解污染物，但面临催化剂稳定性差、回收困难等挑战。在此背景下，Mohammad Matin Zamani Foroushani团队在《Results in Engineering》发表研究，通过创新性设计氧化铝陶瓷泡沫（ACF）负载的ZnO/CuO异质结催化剂，并引入Al₂O₃保护层，实现了MB的高效降解与催化剂循环利用的突破。

研究采用浸渍法将ZnO和CuO依次负载于NaOH活化的ACF上，通过X射线衍射（XRD）、能量色散光谱（EDS）等技术确认了CuO的成功负载和Al₂O₃包覆层的形成。扫描电镜显示催化剂表面形成10-20μm的球形枝晶结构，ICP-OES检测显示Zn和Cu的负载量分别为5%和0.2%。关键优化参数包括：氨水调节Zn(OH)₂沉淀、CuO优先于金属铜的催化活性、400℃煅烧提升稳定性，以及1 mL H₂O₂氧化剂的最佳用量。

3.1 催化剂表征

XRD谱图显示活化后的ACF主要含SiO₂和MgSiO₃，而复合催化剂呈现CuO（单斜晶系）和Al₂O₃（菱方晶系）的特征峰。DRS分析测得ZnO和CuO的带隙分别为3.21 eV和1.39 eV，证实其可见光响应能力。

3.2 降解性能优化

在40 ppm MB、pH 7条件下，催化剂展现95%降解率（70分钟），且10 ppm低浓度下仅需35分钟。对比实验证明ZnO/CuO组合优于ZnO/Co或ZnO/Ni体系。Al₂O₃包覆使催化剂在四次循环中保持稳定活性，而未包覆样品第二次使用效率骤降。

3.4 横向对比

相较于文献报道的Al-ZnO纳米线（82%/60分钟）和CuO-MgOZnO纳米材料（88%/100分钟），本研究催化剂在更高MB浓度（40 ppm）下仍保持95%效率，且时间更短。

该研究通过精准调控催化剂结构与组分，解决了传统光催化剂回收难、稳定性差的痛点。Al₂O₃包覆层不仅防止活性组分流失，还通过抑制电子-空穴复合提升量子效率。批量式陶瓷泡沫载体的设计避免了纳米粉末催化剂的分离难题，为工业废水处理提供了可直接应用的解决方案，对推动绿色水处理技术发展具有重要意义。