基于微乳液体系制备ZnO光催化材料

论文摘要

在工业废水处理行业中,染料废水由于排放量大,组成复杂,种类繁多,可生化性差,具有毒性和致癌性,严重污染了环境,一直是废水处理中的焦点和难点。光化学催化氧化技术是在光化学氧化的基础上改进发展起来的一种深度氧化技术,可有效地氧化降解染料废水中大多数难降解的有机污染物,达到去毒、除臭、脱色,直至矿化为无害、无毒的小分子物质。在有机染料废水处理方面具有巨大的应用潜力,引起研究者的广泛关注。本文基于微乳液体系,从结构和形貌两方面对ZnO光催化剂进行改性,分别以聚苯乙烯微乳液为模板合成了介孔纳米ZnO光催化材料,采用阳离子辅助的水热微乳液法制备出了具有较高吸光特性的双晶结构六方哑铃状ZnO微晶,研究了制备条件对ZnO结构、形貌及性质的影响,提出可能的生长机理,得出了适宜的制备条件。此外,以介孔纳米ZnO和双晶结构六方哑铃状ZnO为光催化剂,以活性艳红KE-3B及活性艳红K-2BP模拟染料废水,进行了ZnO/UV体系降解模拟染料废水的研究,系统考察了各因素对染料脱色率的影响,获得了适宜的光催化降解条件,提出了染料的降解机理。研究结果显示:聚苯乙烯微乳液是一个良好的成孔中介,采用1 oC/min的升温速率在500°C煅烧前驱体6 h,所得介孔ZnO的比表面积为11.013 m2/g,孔容为0.135 cm3/g,介孔分布在40.2 nm左右。与无孔ZnO相比,催化效率明显提高;以CTAB作为阳离子表面活性剂,采用水热微乳液法制备出了较高吸光特性的双晶结构六方哑铃状ZnO微晶,水热反应温度、反应时间、水与表面活性剂之比、助表面活性剂、表面活性剂的浓度、反应物浓度对ZnO微观结构和形貌都有不同程度的影响,在W=10,乙酸锌的浓度为0.5 mol/L,反应温度为140°C,反应时间为14 h,[CTAB]=0.21 mol/L,正丁醇为助表面活性剂时,所得双晶结构六方哑铃状ZnO微晶的平均直径为1μm、长为3μm,在紫外-可见光区吸光性能最好。ZnO/UV体系在光催化降解活性艳红KE-3B及活性艳红K-2BP时均符合Langmuir-Hinshelwood方程;催化剂的投加量、染料的初始浓度、溶液的pH值、H2O2的浓度及无机阴离子均影响染料的脱色率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 ZnO 材料的基本性质和基本结构
• 1.3 ZnO 光催化氧化机理
• 1.4 ZnO 光催化剂的制备方法
• 1.4.1 物理法
• 1.4.2 化学法
• 1.5 ZnO 光催化影响因素
• 1.5.1 晶体形貌的影响
• 1.5.2 晶格缺陷的影响
• 1.5.3 粒径的影响
• 1.5.4 比表面积的影响
• 1.5.5 光催化实验条件的影响
• 1.6 ZnO 光催化降解废水中污染物的应用研究现状
• 1.6.1 印染废水
• 1.6.2 造纸废水
• 1.6.3 农药废水
• 1.6.4 表面活性剂废水
• 1.6.5 其它废水
• 1.7 论文的研究意义及主要研究内容
• 第二章 介孔氧化锌的微乳液法制备及表征
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 实验试剂及仪器
• 2.1.2 光催化反应装置
• 2.1.3 介孔ZnO 纳米材料的制备
• 2.1.4 分析测试
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 前驱体热分析
• 2.2.2 样品的XRD 分析
• 2.2.3 样品的形貌
• 2.2.4 孔结构和机理分析
• 2.2.5 光催化性能研究
• 2.3 本章小结
• 第三章 以介孔氧化锌为光催化剂降解有机染料活性艳红KE-3B 的研究
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 实验试剂及仪器
• 3.1.2 光催化反应实验
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 光照时间的影响
• 3.2.2 光照及催化剂的影响
• 3.2.3 催化剂投加量的影响
• 3.2.4 染料初始浓度的影响
• 3.2.5 染料初始pH 值的影响
• 20₂ 用量对光催化降解活性艳红KE-3B 的影响'>3.2.6 H₂0₂ 用量对光催化降解活性艳红KE-3B 的影响
• 3.2.7 无机阴离子对光催化降解活性艳红KE-3B 的影响
• 3.2.8 活性艳红KE-3B 的降解机理
• 3.3 本章小结
• 第四章 水热微乳液法制备双晶结构六方哑铃状ZnO 微晶及其性质研究
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 实验试剂及仪器
• 4.1.2 实验工艺流程
• 4.1.3 分析测试
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 水热反应温度的影响
• 4.2.2 水热反应时间的影响
• 4.2.3 反应物浓度的影响
• 4.2.4 水与表面活性剂的摩尔比（W）的影响
• 4.2.5 表面活性剂浓度的影响
• 4.2.6 助表面活性剂的影响
• 4.2.7 双晶结构六方哑铃状ZnO 的生长机理
• 4.3 本章小结
• 第五章 以双晶结构六方哑铃状氧化锌为光催化剂降解有机染料活性艳红 K-2BP 的研究
• 5.1 实验部分
• 5.1.1 实验试剂及仪器
• 5.1.2 光催化反应实验
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 光照时间的影响
• 5.2.2 光照及催化剂的影响
• 5.2.3 催化剂投加量的影响
• 5.2.4 染料初始浓度的影响
• 5.2.5 染料初始pH 值的影响
• 20₂ 用量对光催化降解活性艳红K-2BP 的影响'>5.2.6 H₂0₂ 用量对光催化降解活性艳红K-2BP 的影响
• 5.2.7 双晶结构六方哑铃状ZnO 和商业ZnO 的催化活性比较
• 5.2.8 活性艳红K-2BP 的降解机理
• 5.3 本章小结
• 第六章 结束语与展望
• 6.1 结论
• 6.2 创新点
• 6.3 前景展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢