纳米SnO2/ZnO复合光催化剂的制备表征及其光催化活性研究

论文摘要

近几年，半导体光催化降解技术作为一种新型的环境净化技术已经越来越为人们所重视。ZnO是一种重要的半导体材料，其体相材料的禁带宽度为3．2eV，对应于波长为387nm的紫外光。但是，纯ZnO光催化效率较低，难以工程化应用。半导体复合或掺杂等能提高其光催化效率，因而引起广泛关注。本文采用共沉淀法制备了纳米SnO2／ZnO复合光催化剂。用热分析仪分析复合光催化剂前驱体的热反应行为，X射线衍射分析煅烧后复合光催化剂的物相组成，并用透射电镜观察其形貌及粒度分布：在高压汞灯照射下，用其降解甲基橙、甲醛等溶液，并对其光催化活性进行分析。实验结果表明：（1）以ZnSO4·7H2O和SnCl4·5H2O为原料，氨水为沉淀剂，采用共沉淀法制备的纳米SnO2／ZnO复合光催化剂，其最佳n（Zn）／n（Sn）比为2：1，最佳煅烧温度为600℃保温6h。用纳米SnO2／ZnO作光催化剂，比同等条件下仅用纳米ZnO对甲基橙的降解率提高显著。复合催化剂添加量为2．5g/L，光照20min后，甲基橙的降解率已达到了100％。光降解甲基橙反应基本符合一级动力学方程，且重复使用性能良好。（2）根据本实验中确定的最佳制备条件得到的前驱体，经不同煅烧温度，不同保温时间制备的复合光催化剂对甲醛、对甲基苯酚和酿酒废水进行光降解。实验结果表明：600℃煅烧6h的复合催化剂效果最好。复合催化剂对甲醛的光催化降解情况类似于甲基橙，反应都符合一级动力学方程，但甲醛较难以降解；对对甲基苯酚的光降解符合零级动力学方程。复合催化剂对酿酒废水中COD的去除，达到了较好的效果。

论文目录

• 目录
• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 半导体的光催化反应机理
• 1.1.1 直接光催化
• 1.1.2 敏化光催化
• 1.1.3 ZnO光催化反应机理
• 1.2 半导体的光催化活性影响因素
• 1.2.1 光催化剂晶体结构的影响
• 1.2.2 光催化剂颗粒直径的影响
• 1.2.3 催化剂投加量的影响
• 1.2.4 反应温度的影响
• 1.2.5 溶液pH值的影响
• 1.2.6 污染物浓度的影响
• 1.3 提高半导体光催化反应活性的途径
• 1.3.1 贵金属沉积
• 1.3.2 离子掺杂
• 1.3.3 表面光敏化
• 1.3.4 复合半导体
• 1.3.5 与粘土交联
• 1.4 纳米ZnO复合光催化剂的制备方法及研究现状
• 1.4.1 水热合成法
• 1.4.2 溶胶-凝胶法
• 1.4.3 共沉淀法
• 1.4.4 均匀沉淀法
• 1.4.5 固相反应法
• 1.5 纳米光催化材料的应用
• 1.5.1 水处理
• 1.5.2 废气处理
• 1.5.3 杀菌
• 1.5.4 防雾、自清洁
• 1.6 论文选题的目的、意义和主要研究内容
• 2/ZnO复合光催化剂的制备及其制备参数的优化'>第二章 纳米SnO₂/ZnO复合光催化剂的制备及其制备参数的优化
• 2.1 主要实验原料与仪器
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 复合光催化剂的制备
• 2.2.2 光催化实验
• 2.2.3 COD的测定
• 2.2.4 复合光催化剂的表征
• 2.3 制备参数对复合光催化剂活性的影响
• 2.3.1 不同n（Zn）/n（Sn）比对复合光催化剂活性的影响
• 2.3.2 不同的c（Zn）和c（Sn）对复合光催化剂活性的影响
• 2.3.3 反应温度对复合光催化剂活性的影响
• 2.3.4 煅烧温度对复合光催化剂活性的影响
• 2.3.5 保温时间对复合光催化剂活性的影响
• 2.4 小结
• 2/ZnO复合光催化剂的表征'>第三章 纳米SnO₂/ZnO复合光催化剂的表征
• 3.1 TG-DSC表征
• 3.2 IR表征
• 3.3 XRD表征
• 3.4 TEM表征
• 3.5 BET表征
• 3.6 小结
• 2/ZnO复合光催化剂的光催化性能研究'>第四章 纳米SnO₂/ZnO复合光催化剂的光催化性能研究
• 4.1 复合光催化剂对甲基橙的光催化降解研究
• 4.1.1 甲基橙测定波长的选择
• 2/ZnO复合光催化剂的催化活性比较'>4.1.2 纳米ZnO和纳米SnO₂/ZnO复合光催化剂的催化活性比较
• 4.1.3 复合光催化剂的添加量对甲基橙降解率的影响
• 4.1.4 催化体系pH值对复合光催化剂催化活性的影响
• 4.1.5 光照时间对甲基橙降解率的影响
• 4.1.6 COD去除率和甲基橙降解率关系
• 4.1.7 复合光催化剂催化降解甲基橙的动力学分析
• 4.1.8 复合光催化剂的重复使用性能
• 2/ZnO和纳米ZnO太阳光下对甲基橙的降解效果对比'>4.1.9 纳米SnO₂/ZnO和纳米ZnO太阳光下对甲基橙的降解效果对比
• 4.1.10 复合光催化剂光催化降解甲基橙过程分析
• 4.2 复合光催化剂对甲醛光催化降解研究
• 4.2.1 甲醛浓度的测定方法
• 4.2.2 甲醛测定波长的选择
• 4.2.3 甲醛的光催化降解
• 4.3 复合光催化剂对对甲基苯酚光催化降解研究
• 4.3.1 对甲基苯酚测定波长的选择
• 4.3.2 对甲基苯酚的光催化降解
• 4.4 复合光催化剂对白酒废水光催化降解研究
• 4.5 小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录