纳米ZnO的制备及其光催化性能研究

论文摘要

纳米材料是20世纪80年代中期发展起来的一种具有全新结构的材料,由于具有的独特的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等,使得它们在磁性材料、电子材料、光学材料、高致密度材料的烧结、催化、传感、陶瓷增韧等方面具有广阔的应用前景。进行纳米ZnO低成本制备及其性能应用研究，具有重要的理论和实际意义。本文对纳米ZnO的制备进行了研究,系统地考察了各种因素对ZnO结构、形貌和性能的影响,着重对其光催化性能进行研究,得出以下结果：（1）以醋酸锌和氢氧化钠为原料,采用低温一步法进行了纳米ZnO粉体制备的研究,考察了反应温度、反应物Zn2+离子浓度、反应物Czn2+/COH-浓度比、搅拌速度、洗涤干燥工艺等因素对ZnO结构、形貌和性能的影响,确定了制备纳米ZnO的较优条件为：反应温度为100℃；Zn2+与OH-浓度比为1：2；搅拌速度550 r·min-1；洗涤干燥工艺为水洗水干燥；此工艺条件下,制备出了粒径较小、粒度均匀、对罗丹明B光催化降解效果好的纳米ZnO粉体。（2）进行了悬浮体系中ZnO光催化降解罗丹明B的研究,考察了不同条件制备的ZnO、ZnO投加量、溶液初始浓度、溶液pH值、光源等因素对光催化降解效果的影响,研究结果表明,最佳ZnO投加量为0.2 g·L-1,溶液初始浓度为3mg·L-1；不同光源条件下对罗丹明B的降解率的顺序为太阳光>紫外光>阴天；在太阳光照下,pH值为10.0时降解效果最好,此时对初始浓度为3mg·L-1的罗丹明B的降解率,光照120min降解率基本达到100%；回收所得的ZnO进行光催化降解,仍具有较高的光催化性能,所制得的ZnO适用于染料废水处理。（3）制备了负载ZnO光催化织物,以太阳光为光源,研究了负载ZnO织物的光催化特性。考察了负载ZnO织物加入量、溶液pH值、洗涤次数等因素对降解率的影响,结果表明负载ZnO织物具有较高的光催化降解能力,且碱性环境中降解效果更佳,当照射时间360min时,降解率达95.2%；该功能织物可以反复回收利用且性能持久。（4）以太阳光为光源完全能激活本文制备的悬浮态以及负载型ZnO光催化剂织物的活性,所制备的纳米ZnO可以很好地利用价廉易得的太阳光进行光催化降解废水,大大降低了光催化降解反应所需的成本,适合工业化大规模应用,如此对节能、环保、产业化生产都具有很大的现实意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 纳米材料
• 1.1.1 体积效应（小尺寸效应）
• 1.1.2 表面效应
• 1.1.3 量子尺寸效应
• 1.1.4 宏观量子隧道效应
• 1.2 纳米氧化锌
• 1.2.1 纳米ZnO的制备方法
• 1.2.2 纳米ZnO的应用
• 1.2.3 纳米ZnO在光催化应用方面存在的问题及研究方向
• 1.3 本课题研究的意义及内容
• 第2章 纳米ZnO低温一步法制备研究
• 2.1 实验
• 2.1.1 实验药品与设备
• 2.1.2 实验内容
• 2.1.3 材料表征
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 反应温度对ZnO结构、形貌的影响
• 2+离子浓度对ZnO形貌的影响'>2.2.2 Zn²⁺离子浓度对ZnO形貌的影响
• Zn²⁺/C_OH^-浓度比对ZnO形貌的影响'>2.2.3 C_Zn²⁺/C_OH^-浓度比对ZnO形貌的影响
• 2.2.4 搅拌速度对ZnO形貌的影响
• 2.2.5 洗涤和干燥工艺条件对ZnO形貌的影响
• 2.2.6 ZnO的紫外-可见光谱吸收
• 2.3 小结
• 第3章 纳米ZnO光催化性能研究
• 3.1 实验
• 3.1.1 实验药品与仪器
• 3.1.2 实验内容
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 罗丹明B的最大吸收波长
• 3.2.2 罗丹明B吸光度标准曲线
• 3.2.3 不同制备条件对所制备ZnO催化能力的影响
• 3.2.4 ZnO投加量对罗丹明B光降解率的影响
• 3.2.5 罗丹明B溶液初始浓度对光降解率的影响
• 3.2.6 不同光源对罗丹明B光降解率的影响
• 3.2.7 pH值对罗丹明B光降解率的影响
• 3.2.8 罗丹明B降解率与时间的关系
• 3.2.9 自制和购买ZnO在不同光源下对光降解率的影响
• 3.2.10 实验制备ZnO和多形貌ZnO光催化性能比较
• 3.2.11 纳米ZnO光催化降解罗丹明B的动力学研究
• 3.3 粉体ZnO光催化剂的回收
• 3.4 小结
• 第4章 负载ZnO织物太阳光催化性能研究
• 4.1 实验
• 4.1.1 负载ZnO织物的制备
• 4.1.2 实验内容
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 光照和催化剂对罗丹明B降解率的影响
• 4.2.2 负载织物加入量对罗丹明B降解率的影响
• 4.2.3 pH值对罗丹明B降解率的影响
• 4.2.4 罗丹明B降解率与时间的关系
• 4.2.5 悬浮态与负载型光催化剂光催化性能的比较
• 4.3 负载型光催化剂降解罗丹明B动力学研究
• 4.4 织物持久性能考察
• 4.5 小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢