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光催化处理有机废水技术是一项具有广泛应用前景的新技术,能耗低,易操作,无二次污染,近年来,光催化反应在环境治理方面得到了普遍的关注,关于光催化材料的研究开发,已经为目前国内外研究的热点。本文针对ZnO比目前普遍研究的TiO<,2>原料易得、价格便宜的优点,研究具有高效光催化活性的ZnO制备方法,以及具有可见光活性的氧化锌复合催化材料。
以乙酸锌为主要原料,采用多元醇常压溶剂热法、微波加热法和水热法合成纳米ZnO,并运用XRD、SEM、TEM、FTIR、UV-Vis等表征手段对其进行了分析和表征,同时对制备条件进行了优化。以甲基橙和苯酚溶液为模拟污染物,测定了ZnO样品的光催化降解性能。实验发现:采用三种方法均能制得纳米级的产物,采用多元醇常压回流法制备出二维片状纳米结构ZnO,厚度为100~200 nm,长和宽为2~3 μm,由粒径30~40 nm的小颗粒自组装而成,具有较高的光催化活性;采用微波加热法可以快速制备具有与多元醇常压回流法同等光催化活性的ZnO,使反应时间大大缩短;采用水热法合成粒径20~40 nm的ZnO粉末,其光催化活性最好,比P25-TiO<,2>稍高。
针对单一纳米ZnO光催化剂活性较低,不具有可见光催化活性的缺点,本研究分别将Ag和Bi<,2>O<,3>与ZnO进行复合,提高其光催化性能以及扩展其在可见光下的响应。以微波法制备的ZnO和硝酸银为原料,通过紫外光照还原法、乙二醇还原法和水合肼还原法制备出负载银的氧化锌复合催化剂。三种方法制备的Ag/ZnO均能显著提高ZnO的光催化活性;其中乙二醇还原法Ag利用率高、最佳负载量低、催化活性较高、过程绿色。以氯化锌为主要原料,用研磨法和共沉淀法制备了Bi<,2>O<,3>/ZnO复合物。研磨法制备的Bi<,2>O<,3>/ZnO-#1,其前驱体Bi(NO<,3>)<,3>和ZnCl<,2>的最佳摩尔配比为5:2,此条件下制备的样品在可见光下1 h对甲基橙的降解达到11.99%。共沉淀法制备Bi<,2>O<,3>/ZnO-#2的优化条件是Bi(NO<,3>)<,3>和ZnCl<,2>的摩尔比例为1:1,NaOH滴加时间为40 min、反应温度为60℃、聚乙二醇与水的比例为1:1,此条件下制备的样品在可见光下1 h对甲基橙的降解达到18.10%,明显高于纯ZnO和P25-TiO<,2>。