本文關(guān)鍵詞：磁性石墨烯基氧化鋅納米材料的制備及光催化性能的研究　出處：《天津工業(yè)大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：由廣泛存在的有機物和金屬離子所導(dǎo)致的水污染已經(jīng)成為世界性的嚴重的問題,迫切需要更多的環(huán)境友好技術(shù)。自從Fujishima和Honda在1972年首次使用二氧化鈦作為光陽極在紫外線照射下分解水以來,光催化研究領(lǐng)域的序幕由此揭開,人們對金屬氧化物半導(dǎo)體光催化劑的制備和應(yīng)用做了大量的工作,光催化降解有機污染物由于其在環(huán)境修復(fù)和轉(zhuǎn)換光能為化學(xué)能方面具有巨大的潛力在近幾十年在全世界范圍內(nèi)引起了越來越多的關(guān)注。在眾多光催化劑中,ZnO由于其具有寬帶隙(3.37 eV)和大的激子束縛能(60 meV)而受到越來越多的關(guān)注。然而有4個缺點限制了ZnO光催化劑的實際應(yīng)用：(1)ZnO的量子產(chǎn)率非常低,吸收光子后產(chǎn)生的電子-空穴對極易再結(jié)合,降低光催化活性；(1)ZnO在光照下極易光腐蝕,在重復(fù)使用后光降解率下降,光穩(wěn)定性差；(3)ZnO粉末在水溶液中單獨使用時,極易發(fā)生團聚,其比表面積大幅度下降,使得反應(yīng)活性位的數(shù)量降低,降低光催化活性；(4)在實際使用后,傳統(tǒng)ZnO光催化劑分離困難,分離效率低,影響其重復(fù)使用,并對環(huán)境造成了一定的影響。將ZnO與磁性石墨烯相結(jié)合形成復(fù)合材料,能夠發(fā)揮協(xié)同作用,提高光催化性能并且具有磁性,能夠快速分離,實現(xiàn)重復(fù)使用。分別采用溶劑熱法制備得到了8種納米磁球修飾的磁性石墨烯RGO-Fe_3O_4和RGO-MFe2O4 (M=Mn2+, Zn2+, Co2+, Ni2+, Mg2+, Ca2+ and Cu2+),和溶膠凝膠法制備得到了ZnO納米粒子,然后通過超聲作用將ZnO納米粒子分別成功地負載到上述8種磁性石墨烯上,得到了8種RGO-Fe_3O_4-ZnO Nanoparticles和RGO-MFe2O4-ZnO Nanoparticles (M=Mn2+, Zn2+, Co2+, Ni2+, Mg2+, Ca2+ and Cu2+)具有磁性的三元復(fù)合光催化劑。FESEM圖片顯示,粒徑在200-400nm之間的MFe2O4納米磁球和粒徑在20nm左右的ZnO納米粒子均勻地分布在石墨烯納米片上。通過光催化降解羅丹明B的實驗發(fā)現(xiàn),RGO-MgFe2O4-ZnO NPs復(fù)合材料的光降解率與ZnO納米粒子相比非常接近,RGO-MgFe2O4-ZnO NPs略低于ZnO納米粒子,但是RGO-MgFe2O4-ZnO NPs復(fù)合材料具有磁性,便于重復(fù)使用,在循環(huán)使用后仍保持較高的光催化活性。通過以8種磁性石墨烯為基底,以ZnO納米粒子作為種子層,然后以RGO-Fe_3O_4-ZnO seeds和RGO-MFe2O4-ZnO seeds(M=Mn2+,Zn2+,Co2+,Ni2+,Mg2+,Ca2+ and Cu2+)為模板、硝酸鋅和HMT為原料,通過低溫濕化學(xué)方法制備了8種磁性石墨烯-氧化鋅納米棒陣列三元復(fù)合光催化劑RGO-Fe_3O_4-ZnO Nanorod arrays和RGO-MFe2O4-ZnO Nanorod arrays(M=Mn2+,Zn2+,Co2+,Ni2+,Mg2+, Ca2+ and Cu2+)。通過光催化降解羅丹明B的實驗發(fā)現(xiàn),RGO-ZnFe2O4-ZnONanorod arrays復(fù)合材料的光降解率是Zn0納米棒的兩倍,并且RGO-ZnFe2O4-ZnO Nanorod arrays復(fù)合材料具有磁性,便于重復(fù)使用,在循環(huán)使用后仍保持較高的光催化活性。
[Abstract]:Water pollution caused by the widespread organic compounds and metal ions has become a serious problem in the world, the urgent need for more environmental friendly technology. Since Fujishima and Honda in 1972 for the first time since the use of titanium dioxide as anode decomposition of water under ultraviolet light, a prelude to research field of photocatalysis which opened, people of metal oxide semiconductor photocatalyst preparation and application to do a lot of work, the photocatalytic degradation of organic pollutants in the environment because of its repair and conversion of light into chemical energy has great potential in recent decades has attracted more and more attention all over the world. Among the photocatalysts, due to its wide band gap (ZnO 3.37 eV) and large exciton binding energy (60 meV) is attracting more and more attention. However, there are 4 shortcomings limit the practical application of ZnO photocatalyst: (1) ZnO The quantum yield is very low, the electron hole generated by absorbing photons with extremely easily, reduce the photocatalytic activity; (1) ZnO in the light of easy light corrosion in repeated use after the degradation rate decreased, poor light stability; (3) using a separate ZnO powder in aqueous solution, easy to aggregation, the surface area decreased greatly, so that the number of reactive sites decreased, reduce the photocatalytic activity; (4) in actual use, the traditional ZnO photocatalyst separation difficulties, low separation efficiency, the effect of repeated use, and on the environment caused by a certain impact. ZnO and magnetic properties of graphene the combination of the formation of composite materials, can play a synergistic role in improving the photocatalytic performance and has a magnetic, can be rapidly separated, can be reused. Were prepared by solvothermal method and obtained 8 kinds of magnetic nano spheres modified magnetic graphene RGO-Fe_3O_4 (M=Mn2+, Zn2+ and RGO-MFe2O4, Co2+, Ni2+, Mg2+, Ca2+, and, Cu2+) and sol gel prepared ZnO nanoparticles, then ZnO nanoparticles were successfully loaded to the above 8 kinds of magnetic graphene by ultrasonic, and obtained 8 kinds of RGO-Fe_3O_4-ZnO Nanoparticles and RGO-MFe2O4-ZnO Nanoparticles (M=Mn2+, Zn2+, Co2+, Ni2+, Mg2+, Ca2+ and Cu2+ three yuan) with magnetic composite photocatalyst.FESEM images show that the particle size of MFe2O4 nano magnetic ball between 200-400nm and diameter of 20nm ZnO nanoparticles were uniformly dispersed on graphene nanosheets. The photocatalytic degradation of rhodamine B was found, RGO-MgFe2O4-ZnO NPs composites the photodegradation rate of ZnO nanoparticles compared with very close to RGO-MgFe2O4-ZnO, NPs is slightly lower than that of ZnO nanoparticles, but the RGO-MgFe2O4-ZnO NPs composites with magnetic, repeated use, still remain in circulation after use A higher photocatalytic activity. By 8 kinds of magnetic graphene as substrate, ZnO nanoparticles as a seed layer, and then to RGO-Fe_3O_4-ZnO seeds and RGO-MFe2O4-ZnO seeds (M=Mn2+, Zn2+, Co2+, Ni2+, Mg2+, Ca2+ and Cu2+) as the template, zinc nitrate and HMT as raw materials, 8 kinds of magnetic graphene - Zinc Oxide nanorod arrays the three element composite photocatalyst RGO-Fe_3O_4-ZnO Nanorod arrays and RGO-MFe2O4-ZnO Nanorod arrays through the low temperature wet chemical preparation methods (M=Mn2+, Zn2+, Co2+, Ni2+, Mg2+, Ca2+, and Cu2+). The photocatalytic degradation of Luo Danming B found that RGO-ZnFe2O4-ZnONanorod arrays composite degradation rate is two times of Zn0 nanorods, and RGO-ZnFe2O4-ZnO Nanorod arrays composite materials with magnetism, repeated use, recycling still keeps high photocatalytic activity.

【學(xué)位授予單位】：天津工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O643.36

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本文編號：1384424