纳米氧化锌的制备、掺杂及其光催化性能的研究

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近年来,环境污染是人类亟待解决的首要问题。半导体光催化剂及其在光催化领域的应用,是国内外学者通认的一种治理环境污染的有效方法,获得了较为广泛研究。作为一种新型处理污染物的方法,光催化降解技术由于操作简单方便,能耗低,反应条件温和,不会产生二次污染物等优点被广泛应用。本文用水热法制备纳米氧化锌和掺杂Ag的纳米氧化锌,并进行了表征、光催化性能验证。  采用水热法制备出棒状的纳米氧化锌,确定了ZnO光催化剂的最适宜工艺条件:n(六水合醋酸锌):n(柠檬酸)=20:1、无水乙醇滴加量为20mL、pH为11、温度为120℃、反应时间为24h。紫外光下罗丹明B降解率在96.13%左右。SEM、XRD表明制得的ZnO纳米晶均为六方纤锌矿结构,形貌多为棒状,直径大约为几十纳米,均匀性良好。  水热法成功制备出掺杂Ag的氧化锌材料,掺杂Ag的ZnO仍能保持原有的棒状结构。作为光生电子的临时储仓,Ag的加入明显改变了氧化锌的光催化性能,硝酸银:醋酸锌=1:5时,在可见下表现出最高的光催化性能,罗丹明B降解率达到97.4%。TEM、XRD等表明,掺杂氧化锌以Ag单质的形式存在于氧化锌表面,没有破坏氧化锌纳米棒状结构,其中ZnO-Ag-3中ZnO平均晶粒尺寸为63nm, Ag单质的平均晶粒尺寸为53.3nm。  用自制掺杂Ag的纳米氧化锌(ZnO-Ag-3)在可见光下降解甲基橙溶液,实验表明:有机物的结构复杂程度影响催化剂的降解效率,甲基橙为重氮染料,结构比罗丹明B结构较复杂,所以比较难降解;降解甲基橙溶液的最佳条件为:甲基橙的初始浓度为10mg/L,催化剂投加量为1g/L,初始ph=5,反应温度为25℃,降解效率为93.12%;自制光催化剂ZnO-Ag-3催化性能稳定,使用多次后仍然可以保持高效的催化性能。  本文采用水热法制备出了在可见光下具有光催化性能的掺Ag氧化锌,实验研究了在可见光下对罗丹明B、甲基橙都有良好的降解效果,这一种新型材料应用于污水处理中,为治理污染物治理提供了一种新思路。
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