發(fā)布時間：2017-10-13 02:14

  本文關鍵詞：溶膠凝膠法制備納米ZnO及其光催化性能的研究

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【摘要】：ZnO作為一種新型寬禁帶半導體材料,室溫下禁帶寬度為3.37?eV,激子束縛能為60?meV。與普通ZnO相比,納米ZnO具有量子尺寸效應、表面效應和宏觀量子隧道效應等特性,使其在光、電、磁、化學等方面表現出優(yōu)異的特殊性能。ZnO作為一種新型的無機功能半導體光催化材料,在光催化領域得到了廣泛的應用。目前,利用ZnO光催化降解有機廢水的研究較多,但將其用于油品脫氮中卻鮮有報道。本文采用溶膠凝膠法制備出納米ZnO粉體,研究了制備工藝的最佳工藝條件和摻雜離子對納米ZnO結構和光催化性能的影響,并以模擬油品中的吡啶為目標降解物,來考察納米ZnO的光催化性能。(1)實驗采用溶膠凝膠法制備了納米ZnO粉體,在反應溫度為70?℃,溶劑用量為50?mL時,可以得到均勻穩(wěn)定的溶膠,在干燥溫度為80℃時,可以得到無色透明的凝膠,煅燒溫度為600?℃時,制得的ZnO粉體呈白色,并有較好的光催化性能。在最佳工藝條件下制得的純ZnO粉體平均晶粒尺寸約為41?nm,催化劑添加量為1?g/L,光催化3?h對模擬油品的脫氮率達到24.75%。(2)實驗采用溶膠凝膠法制備了不同離子(Fe、Cu、Co、La、Ce、Ag)摻雜的納米ZnO粉體。Fe摻雜可以使納米ZnO粉體的晶粒尺寸明顯變小,分散更加均勻,光催化性能大幅提高,最佳摻雜濃度為0.8%,催化劑添加量為1?g/L,光催化3?h對模擬油品的脫氮率達到87.68%。Cu摻雜沒有使納米ZnO的光催化性能大幅提高,最佳摻雜濃度為3%,催化劑添加量為1?g/L,光催化3?h對模擬油品的脫氮率達到48.6%。Co摻雜可以使納米ZnO粉體的晶粒尺寸變小,光吸收邊發(fā)生明顯紅移,最佳摻雜濃度為3%,催化劑添加量為1?g/L,光催化3?h對模擬油品的脫氮率達到62.28%。La摻雜可以使納米ZnO粉體的晶粒尺寸明顯變小,光吸收邊發(fā)生略微的藍移,最佳摻雜濃度為2%,催化劑添加量為2?g/L,光催化3.5?h對模擬油品的脫氮率達到65.42%。Ce摻雜可以使納米ZnO粉體的晶粒尺寸略微變小,但鈰離子沒有完全摻入ZnO的晶格中,一部分以CeO2的形式存在于ZnO的表面。最佳摻雜濃度為2%,催化劑添加量為2?g/L,光催化3.5?h對模擬油品的脫氮率達到68.62%。Ag摻雜對納米ZnO粉體的晶粒尺寸幾乎沒有影響,部分單質Ag存在于ZnO的表面,最佳摻雜濃度為1%,催化劑添加量為1?g/L,光催化3?h對模擬油品的脫氮率達到89.42%。
【關鍵詞】：溶膠凝膠法 納米ZnO 離子摻雜 光催化性能
【學位授予單位】：東北石油大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN304.21;O643.36
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-7
• 創(chuàng)新點摘要7-11
• 第一章 緒論11-21
• 1.1 引言11
• 1.2 光催化反應的基本原理11-12
• 1.3 ZnO的光催化機理12-13
• 1.4 光催化劑納米ZnO的國內外研究現狀及未來發(fā)展趨勢13-20
• 1.4.1 納米ZnO粉體的制備方法13-16
• 1.4.2 納米ZnO的摻雜改性16-17
• 1.4.3 納米ZnO的應用17-19
• 1.4.4 納米ZnO的未來發(fā)展趨勢19-20
• 1.5 本論文的研究意義及主要內容20-21
• 第二章 實驗樣品的制備方法與表征21-26
• 2.1 溶膠凝膠法21-22
• 2.1.1 溶膠凝膠法的基本原理21
• 2.1.2 溶膠凝膠法的工藝流程21-22
• 2.2 實驗主要試劑及儀器設備22-23
• 2.2.1 實驗主要試劑22
• 2.2.2 實驗主要儀器設備22-23
• 2.3 光催化劑納米ZnO粉體的合成23
• 2.4 光催化劑的表征23-24
• 2.4.1 X-射線衍射分析(XRD)23
• 2.4.2 電子掃描電鏡分析(SEM)23
• 2.4.3 紫外可見吸收光譜分析(Uv-vis)23-24
• 2.4.4 傅立葉變換紅外光譜分析(FT-IR)24
• 2.5 光催化劑的脫氮性能研究24-26
• 2.5.1 模擬氮源的選擇24
• 2.5.2 光催化脫氮反應24
• 2.5.3 堿性氮含量的分析24-26
• 第三章 溶膠凝膠法制備納米ZnO粉體及光催化性能研究26-47
• 3.1 純ZnO粉體的制備及光催化性能研究26-29
• 3.1.1 純ZnO粉體的制備26
• 3.1.2 反應體系的溫度對ZnO光催化性能的影響26-27
• 3.1.3 溶劑的用量對溶膠形成及穩(wěn)定性的影響27
• 3.1.4 干燥溫度的選擇27
• 3.1.5 煅燒溫度對ZnO結構和性能的影響27-29
• 3.1.6 純ZnO不同加入量對光催化性能的影響29
• 3.2 鐵摻雜納米ZnO粉體的制備及光催化性能研究29-33
• 3.2.1 Fe摻雜納米ZnO粉體的制備29-30
• 3.2.2 Fe摻雜納米ZnO粉體的物相分析30
• 3.2.3 Fe摻雜納米ZnO粉體的形貌分析30-31
• 3.2.4 Fe摻雜納米ZnO粉體的UV-Vis分析31-32
• 3.2.5 Fe摻雜納米ZnO粉體的FT-IR分析32
• 3.2.6 不同Fe摻雜量的納米ZnO粉體的光催化性能32-33
• 3.3 銅摻雜納米ZnO粉體的制備及光催化性能研究33-35
• 3.3.1 Cu摻雜納米ZnO粉體的制備33
• 3.3.2 Cu摻雜納米ZnO粉體的物相分析33-34
• 3.3.3 Cu摻雜納米ZnO粉體的UV-Vis分析34-35
• 3.3.4 不同Cu摻雜量的納米ZnO粉體光催化性能35
• 3.4 鈷摻雜納米ZnO粉體的制備及光催化性能研究35-38
• 3.4.1 Co摻雜納米ZnO粉體的制備35-36
• 3.4.2 Co摻雜納米ZnO粉體的物相分析36
• 3.4.3 Co摻雜納米ZnO粉體的UV-Vis分析36-37
• 3.4.4 不同Co摻雜量的納米ZnO粉體光催化性能37-38
• 3.5 鑭摻雜納米ZnO粉體的制備及光催化性能研究38-40
• 3.5.1 La摻雜納米ZnO粉體的制備38
• 3.5.2 La摻雜納米ZnO粉體的物相分析38-39
• 3.5.3 La摻雜納米ZnO粉體的UV-Vis分析39
• 3.5.4 不同La摻雜量的納米ZnO粉體光催化性能39-40
• 3.6 鈰摻雜納米ZnO粉體的制備及光催化性能研究40-43
• 3.6.1 Ce摻雜納米ZnO粉體的制備40
• 3.6.2 Ce摻雜納米ZnO粉體的物相分析40-41
• 3.6.3 Ce摻雜納米ZnO粉體的UV-Vis分析41-42
• 3.6.4 不同Ce摻雜量的納米ZnO粉體光催化性能42-43
• 3.7 銀摻雜納米ZnO粉體的制備及光催化性能研究43-45
• 3.7.1 Ag摻雜納米ZnO粉體的制備43
• 3.7.2 Ag摻雜納米ZnO粉體的物相分析43-44
• 3.7.3 Ag摻雜納米ZnO粉體的UV-Vis分析44
• 3.7.4 不同Ag摻雜量的納米ZnO粉體光催化性能44-45
• 3.8 本章小結45-47
• 結論47-48
• 參考文獻48-53
• 發(fā)表文章目錄53-54

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