作為一種具有直接帶隙的Ⅱ Ⅳ族半導(dǎo)體材料,ZnO具有無毒、廉價易得、高效等優(yōu)異性能,其應(yīng)用范圍已涉及到電子、光催化、橡膠等行業(yè)。本論文綜述了含苯酚廢水的特點(diǎn)、危害及處理方法,ZnO的晶體結(jié)構(gòu)和性質(zhì),ZnO的化學(xué)合成法及其光催化降解苯酚的機(jī)理。采用溶劑熱/水熱法,通過改變反應(yīng)時間、反應(yīng)溫度、輔助劑用量等參數(shù),合成具有不同形貌的ZnO多級結(jié)構(gòu),同時用XRD、SEM、UV-Vis漫反射光譜和PL發(fā)射光譜等手段對其進(jìn)行表征,并在紫外-可見光照射下,將合成的ZnO多級結(jié)構(gòu)用于光催化降解苯酚,進(jìn)而探索了ZnO光催化降解苯酚的機(jī)理,主要研究內(nèi)容如下:以無水氯化鋅為原料,乙二醇為溶劑,乙酸鉀為輔助劑,采用溶劑熱法合成多級ZnO微球,通過調(diào)變反應(yīng)時間和反應(yīng)溫度,優(yōu)化反應(yīng)條件。結(jié)果表明,合成的多級ZnO微球?yàn)榱嚼w鋅礦結(jié)構(gòu),由納米粒子自組裝成多級微球。在降解苯酚水溶液的光催化研究中,180℃,27 h合成ZnO樣品的光催化活性,明顯優(yōu)于其他溫度合成的樣品,用0.10 g ZnO降解100 mL濃度為5 mg/L的苯酚溶液,光照150 min降解率達(dá)94.5%。ZnO微球光催化性能的提高可推測為以下原因:較窄的禁帶寬度(3.08eV)、中空結(jié)構(gòu)有利于吸收光子,較小的晶粒尺寸(25.38 nm)、粗糙的表面有利于反應(yīng)液與催化劑表面的充分接觸,以及表面大量的晶體缺陷位有利于光生電子-空穴對的有效分離。以二水合乙酸鋅為原料,羧甲基纖維素鈉(CMC)為晶體結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑,采用水熱法合成六方纖鋅礦型ZnO多級結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明,通過調(diào)節(jié)Zn:CMC的摩爾比可以控制合成ZnO的形貌,隨著CMC用量的增加,由納米棒組裝的ZnO形貌從花狀變?yōu)榛\狀,再變?yōu)椴嘶^狀結(jié)構(gòu)。在降解苯酚水溶液的光催化研究中,以Zn:CMC摩爾比為50:9合成的籠狀ZnO,由于具有較窄的禁帶寬度(3.21 eV),籠狀中空結(jié)構(gòu),表面豐富的晶體缺陷位和較高的光生電子-空穴對分離效率,其表現(xiàn)出最高的光催化降解苯酚活性,用0.05 g籠狀ZnO降解100 mL濃度為5 mg/L的苯酚溶液,光照150 min降解率達(dá)99.8%�；\狀ZnO經(jīng)過6次光催化循環(huán)實(shí)驗(yàn),對苯酚的降解率仍達(dá)94.4%。對ZnO多級結(jié)構(gòu)光催化降解苯酚的機(jī)理進(jìn)行了探索,由捕獲實(shí)驗(yàn)證實(shí):1)以180℃、27 h合成的多級ZnO微球光催化降解苯酚,羥基(·OH)為主要的活性自由基,在苯酚降解過程中起主要作用,超氧陰離子(·O_2~-)自由基有一定活性,對降解起一定作用,空穴(h~+)對降解沒有明顯的作用;2)以籠狀ZnO光催化降解苯酚,·OH與·O_2~-均為主要的活性自由基,·OH起的作用與·O_2~-相比更大一些,此外,h~+也有一定活性,對降解起一定作用。
【學(xué)位單位】：山西大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：X703;O643.36;O644.1
【部分圖文】：

產(chǎn)生的光誘導(dǎo)電子-空穴對的高分離效率引起的。ZnO 是一種重要的半導(dǎo)體材料，它具有獨(dú)特的物理性質(zhì)，如可見光和高透明性、聲學(xué)特性、高電化學(xué)穩(wěn)定性和優(yōu)異的電子特性，因此它已被器件的功能材料，如發(fā)光二極管和紫外激光器[22-25]、太陽能電池的光透明導(dǎo)體、壓敏電阻和氣體傳感器的構(gòu)件，表面聲波裝置、太陽能電[27]、發(fā)光材料等，此外，ZnO 具有與 TiO2相似的帶隙，可用作光催化機(jī)污染物，如酚類、藥物等。安文麗[28]通過陽極氧化法合成 ZnO 納米焙燒前后 ZnO 樣品對光催化降解苯酚的影響，結(jié)果表明，在在 UV 光照焙燒前的 ZnO 納米片作用下的光解率較高，光照 120 min 的降解率達(dá) 7化鋅半導(dǎo)體材料的晶體結(jié)構(gòu)和性質(zhì)ZnO 納米晶主要以立方閃鋅礦、比較罕見的氯化鈉式八面體和六方纖鋅晶[29,30]，如圖 1.1 所示，三種結(jié)構(gòu)相對應(yīng)的特點(diǎn)見表 1.1。

面心立方(Fcc)排列，每個O 離子周圍有 4 個 Zn 離子每個 Zn 離子周面心立方排列 Zn離子填充在O空六方緊密堆積排列 Zn 離子填充在 O面體下，ZnO 呈現(xiàn)六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)可描述為 O2-和 Zn2+組成多個交替平面(如圖 1.2)，O2-和單元，整個結(jié)構(gòu)缺乏中心對稱性。此晶體結(jié)構(gòu)屬有 a= 0.32498 nm，b= 0.32498 nm，c= 5.2066 nmc/a 值約為 1.60，此比率接近六方單元的理想值

ZnO 多級結(jié)構(gòu)的合成及其光催化降解苯酚性能研究1.5 氧化鋅的形貌合成 ZnO 的不同方法或同一方法反應(yīng)條件的改變，都可能會引起 ZnO 形貌的變化，所以 ZnO 半導(dǎo)體材料的形貌具有多樣性。目前人們已經(jīng)合成了納米空心球[53]、納米線[54]、納米環(huán)[55]、納米棒[56]、納米片[57]以及納米花[58]和其它形態(tài)的 ZnO，相應(yīng)的 SEM 照片如圖 1.3 所示。

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本文編號：2812069