染料廢水是一種工業(yè)廢水,光催化降解染料廢水是當(dāng)前的研究熱點之一,而主要的困難集中在制備新型高效、價格低廉的催化劑上。本課題通過水熱合成法制備出ZnO前驅(qū)體,并在此基礎(chǔ)上分別通過水熱合成法、化學(xué)沉積法和光還原法制備出過渡金屬摻雜ZnO光催化劑。采用甲基橙溶液的紫外光降解作為探針反應(yīng)測試了ZnO和M/ZnO(M=Cu、Fe、Ag)的光催化性能,系統(tǒng)地研究了不同影響因素下光降解的效率,提煉出最佳光催化條件。(1)使用3組不同的反應(yīng)物①以Zn(Ac)2·2H2O,NaBH4,NH3·H2O為反應(yīng)物、②以Zn(Ac)2·2H2O,NaOH為反應(yīng)物和③以Zn(NO3)2·6H2O,(CH2)6N4為反應(yīng)物,通過水熱合成法制備出3種ZnO納米粒子,用SEM和TEM表征可知,所制備的ZnO均具有較好的結(jié)晶性。XRD結(jié)果表明ZnO均為六方晶系纖鋅礦結(jié)構(gòu)。其紫外可見光譜在400 nm附近出現(xiàn)了ZnO的特征吸收峰。通過改變ZnO投加量、光照時間、甲基橙初始濃度、溶液初始PH值,得出②號ZnO光催化劑的光催化性能、制備方法優(yōu)于①號和③號ZnO。當(dāng)②號ZnO光催化劑投加量為1.2 g·L-1,甲基橙溶液濃度0.01 g·L-1,光照時間60 min,溶液pH=9,此時降解率為81.35%。選�、谔朲nO光催化劑作為前驅(qū)體,為下一步實驗做準(zhǔn)備。(2)通過水熱合成法成功的制備出M/ZnO(M=Cu、Fe、Ag)光催化劑,制備的光催化劑結(jié)晶度高,粒徑約500 nm,其紫外可見光譜相對于純ZnO出現(xiàn)了不同程度的紅移。比較出過渡金屬Cu和Fe摻雜ZnO在一定程度上抑制了其光催化活性,而Ag/ZnO光催化劑投加量為1.2 g·L-1,甲基橙溶液濃度0.01 g·L-1,光照時間60 min,溶液pH=11,此時Ag/ZnO的光催化效率達到了99.86%,相比于純ZnO的最高降解效率81.35%有了明顯的提高。(3)通過化學(xué)沉積法制備了納米M/ZnO(M=Cu、Fe、Ag)光催化劑,對照純ZnO和M/ZnO樣品的XRD衍射圖可見,摻雜后的衍射峰數(shù)目減少,衍射峰的寬度發(fā)生了變化,再仔細對比它們同一晶面指數(shù)的衍射峰的角度位置,發(fā)現(xiàn)也發(fā)生了輕微變化,由此可知Cu、Fe、Ag摻雜改變ZnO的結(jié)晶生長和晶體結(jié)構(gòu)。光催化劑投加量為1.2 g·L-1,甲基橙溶液濃度0.01 g·L-1,光照時間60 min,溶液pH=5.4時,Cu/ZnO和Ag/ZnO光催化降解效果能夠達到86.42%和95.38%。(4)通過光還原法制備M/ZnO(M=Cu、Fe、Ag)光催化劑,Cu/ZnO和Fe/ZnO的禁帶寬度減小到3.13 eV,Ag/ZnO的禁帶寬度減小到3.10 eV。當(dāng)固定光源為汞燈500 W,光降解時間為30 min,溶液pH=5.4,甲基橙溶液濃度為0.01 g·L-1,Ag/ZnO催化劑的降解效率達到了92.259%,而Fe/ZnO催化劑的降解效率僅為34.714%。(5)選�、谔朲nO光催化劑作為前驅(qū)體,通過3種方法分別制備出M/ZnO(M=Cu、Fe、Ag)光催化劑,對比其光催化效果,Ag/ZnO光催化性能總是最優(yōu)。水熱合成法、化學(xué)沉積法和光還原法分別制備出的Ag/ZnO光催化劑,在相同的光催化條件下,光還原法制備出的Ag/ZnO,光催化劑性能最優(yōu)。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：南京林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：O643.36;X788
【目錄】：

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本文編號：232253