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响应面法优化Co3 O4制备及其光催化性能

2021-06-10石瑞琦黄大俊曾文伟张占梅

关键词:优化模型

徐 源,石瑞琦,黄大俊,曾文伟,张占梅,2

(1.重庆交通大学 河海学院,重庆 400074;2.环境水利工程重庆市工程实验室,重庆 400074)

光催化氧化技术作为高级氧化技术的一种,具有反应条件温和、能耗低、操作简单、可利用太阳光、不产生二次污染等优点,尤其在去除持久性有机污染物及新型污染物等领域具有一定优势[1-3]。光催化剂作为光催化反应的核心,目前研究较多的是以TiO2为代表的传统光催化剂,但TiO2的禁带宽度是3.2 eV,需要紫外光(波长小于380 nm)驱动才能有效产生光生电子-空穴对,因此TiO2对太阳能的利用率较低[4-5]。为进一步拓宽光谱响应范围、提高对太阳能的利用率,近年来以钴基[6]、铋基[7]为代表的新型光催化剂广受关注,Co3O4光催化剂作为一种钴基催化剂,具有制备方法简单、反应条件温和等优势。为了优化催化剂制备试验条件,通常采用单因素试验和正交试验,但是,单因素试验需花费较多时间且没有考虑各因素之间的交互作用;而正交试验次数较多,工作量较大。因此,寻找高效、便捷的试验设计方法尤为重要。

响应面[8-10]是基于数学统计的优化设计试验方法,通过试验设计和数学建模并进行试验,由多元二次回归方程拟合各种因素与试验响应值之间的函数关系,通过回归方程求解获得试验的最佳条件[11-15]。常用的一种响应面法是Box-Behnken设计,尤其对于多参数优化试验,它不仅提供了试验的最佳值,而且基于其统计建模预测试验结果,大大减少试验工作量。

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