本文關(guān)鍵詞：復(fù)合納米ZnO光催化劑的制備、表征及性能應(yīng)用研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：半導(dǎo)體氧化鋅(Zn O)因其寬禁帶寬度等特性而成為一種具有應(yīng)用前景的光催化劑。本論文較為系統(tǒng)地研究了以納米Zn O為光催化劑基質(zhì),對(duì)其進(jìn)行不同的改性。采用超聲沉淀法制備了純納米Zn O,通過(guò)改性分別制備了Bi/Zn O、Ce/Zn O、Zn O/PVC等多種光催化劑。用沸石負(fù)載Bi/Zn O,并對(duì)Bi/Zn O/沸石的制備條件和應(yīng)用條件進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)探究。用偶聯(lián)劑法制備了Bi/Zn O、Ce/Zn O、Zn O/PVC聚丙烯多面球,并對(duì)負(fù)載后聚丙烯多面球的光催化降解性能進(jìn)行了比較。通過(guò)多種實(shí)驗(yàn)儀器對(duì)制備的光催化劑進(jìn)行了結(jié)構(gòu)和性能的探究。同時(shí)考慮實(shí)際的應(yīng)用,以海產(chǎn)品深加工廢水為目標(biāo)物進(jìn)行光催化降解實(shí)驗(yàn)。對(duì)其中Ce/Zn O光催化劑進(jìn)行了光催化動(dòng)力學(xué)研究。本論文的主要研究結(jié)果如下:(1)用超聲沉淀法制備了純納米Zn O,以XRD、SEM等測(cè)試手段對(duì)制得納米Zn O進(jìn)行晶型、粒徑、形貌的表征,探討了催化劑加入量、氨氮和COD初始濃度、p H值、反應(yīng)時(shí)間、過(guò)氧化氫等因素對(duì)光催化作用的影響。通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)確定最佳實(shí)驗(yàn)組合為:對(duì)于氨氮來(lái)說(shuō),Zn O投加量0.9g/L,氨氮初始濃度140mg/L,COD初始濃度900/L,p H值9,光照時(shí)間4h。降解率達(dá)65.804%。對(duì)于COD來(lái)說(shuō),Zn O投加量0.9g/L,氨氮初始濃度110mg/L,COD初始濃度600/L,p H值9,光照時(shí)間3h。降解率達(dá)80.00%(2)用沉淀法制備稀土Ce/Zn O光催化劑,以紅外分析、XRD、SEM等測(cè)試手段對(duì)制得納米Zn O進(jìn)行成鍵、晶型、粒徑、形貌等的表征。通過(guò)觀(guān)察紅外光譜圖,發(fā)現(xiàn)隨著Ce摻雜量的增加,Ce O2的的特征峰逐漸出現(xiàn),且峰位置逐漸藍(lán)移。隨著煅燒溫度和煅燒時(shí)間的增加,游離水中的H-O-H的吸收峰逐漸減小,氧化鋅的表面羥基峰值先增大后減小。通過(guò)XRD衍射圖譜對(duì)比分析,制備的催化劑為典型的六方纖鋅礦,結(jié)晶良好,純度較高。Ce元素已經(jīng)以某些形式存在于復(fù)合納米催化劑中。隨著煅燒溫度和煅燒時(shí)間的增加,結(jié)晶度越來(lái)越高。平均粒徑在40-50nm之間,Ce的摻雜對(duì)粒徑大小的影響不大。用制備的光催化劑對(duì)模擬海產(chǎn)品深加工廢水中的氨氮及COD進(jìn)行降解,通過(guò)實(shí)驗(yàn),對(duì)于氨氮降解的影響順序?yàn)?煅燒溫度光照時(shí)長(zhǎng)催化劑用量投加量Ce的摻雜比≈煅燒時(shí)間。對(duì)于COD來(lái)說(shuō),影響大小順序?yàn)?光照時(shí)間煅燒時(shí)間煅燒溫度Ce摻雜比催化劑投加量。根據(jù)正交試驗(yàn),在最佳實(shí)驗(yàn)條件下,氨氮和COD的去除率分別可以達(dá)到83.4%和59.1%。(3)用溶膠凝膠法制備了Bi/Zn O光催化劑,用熱重分析、紅外分析、XRD、SEM等測(cè)試手段對(duì)制得納米Zn O進(jìn)行成鍵、晶型、粒徑、形貌等的表征。通過(guò)熱重分析,確定Bi/Zn O煅燒溫度至少高于270℃。通過(guò)紅外譜圖比較分析,隨著溫度的提高和n(Bi):n(Zn)的增大,吸收峰發(fā)生藍(lán)移,隨著煅燒時(shí)間的增加,吸收峰紅移。通過(guò)XRD衍射分析,隨著B(niǎo)i含量、煅燒溫度和煅燒時(shí)間的增加,粒徑增加。掃描電鏡觀(guān)察,隨著n(Bi):n(Zn)、煅燒溫度、煅燒時(shí)間的增加,粒徑相對(duì)增加,有些甚至超過(guò)納米級(jí)。用制備的光催化劑分別在紫外光和可見(jiàn)光條件下,對(duì)模擬海產(chǎn)品深加工廢水中的氨氮及COD進(jìn)行降解,通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)確定最佳的實(shí)驗(yàn)組合:紫外光條件下,對(duì)于氨氮降解的影響順序?yàn)?光反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)煅燒溫度煅燒時(shí)間n(Bi):n(Zn O)光催化劑用量。對(duì)于COD來(lái)說(shuō),影響大小順序?yàn)?煅燒溫度n(Bi):n(Zn O)光催化劑用量煅燒時(shí)間光反應(yīng)時(shí)間。在最佳實(shí)驗(yàn)條件下,氨氮和COD的去除率分別可以達(dá)到86.7.%和76.9%�？梢�(jiàn)光條件下,對(duì)于氨氮降解的影響順序?yàn)?光反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)光催化劑用量煅燒時(shí)間煅燒溫度n(Bi):n(Zn O)。對(duì)于COD來(lái)說(shuō),影響大小順序?yàn)?光反應(yīng)時(shí)間煅燒時(shí)間煅燒溫度≈n(Bi):n(Zn O)光催化劑用量。在最佳實(shí)驗(yàn)條件下,氨氮和COD的去除率分別可以達(dá)到87.19%和89.33%。(4)用兩步合成法制備了Zn O/PVC光催化劑,用熱重分析、紅外光譜、XRD、SEM等測(cè)試手段對(duì)制得納米Zn O進(jìn)行成鍵、晶型、粒徑、形貌等的表征。對(duì)前驅(qū)物進(jìn)行熱重分析,確定在223℃附近,Zn O/PVC開(kāi)始復(fù)合形成共軛高分子。在紅外光譜比較中,不僅觀(guān)察到Zn O和PVC各自的特征峰,同時(shí)觀(guān)察到Zn-O-C鍵合的吸收峰。通過(guò)XRD衍射圖對(duì)比,150℃時(shí),復(fù)合物中只有Zn O特征峰明顯,隨著溫度升高,Zn O特征峰逐漸消失,同時(shí)出現(xiàn)Zn O/PVC復(fù)合形成的衍射峰,且分散度較高。在可見(jiàn)光條件下,對(duì)模擬海產(chǎn)品深加工廢水中的氨氮及COD進(jìn)行降解,通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)確定最佳的實(shí)驗(yàn)組合:對(duì)于氨氮降解來(lái)說(shuō),各因素影響順序?yàn)橐来螢?Zn O與PVC質(zhì)量比煅燒時(shí)間煅燒溫度光照時(shí)間投加量。對(duì)于COD來(lái)說(shuō),各因素影響順序?yàn)?煅燒溫度煅燒時(shí)間光照時(shí)間Zn O與PVC質(zhì)量比投加量。在最佳實(shí)驗(yàn)條件下,氨氮和COD的去除率分別可以達(dá)到77.4%和66.7。(5)研究了納米Ce/Zn O粉末光催化降解海產(chǎn)品深加工廢水中氨氮和COD的反應(yīng)動(dòng)力學(xué),在Langmuire-Hinshelwood(L-H)動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上,考察了催化劑制備條件的煅燒溫度、煅燒時(shí)間、Ce摻雜比以及污染物初始濃度等4個(gè)因素,結(jié)果表明可以用一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程來(lái)描述。(6)利用沸石、聚丙烯多面球作為載體進(jìn)行負(fù)載工藝。制備了負(fù)載型Bi/Zn O/沸石光催化劑,運(yùn)用XRD、SEM等方法進(jìn)行了表征,通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究了負(fù)載型光催化劑應(yīng)用的優(yōu)化條件。實(shí)驗(yàn)表明:負(fù)載型光催化劑對(duì)較低濃度的氨氮和COD有更好的降解效果�？梢�(jiàn)光下,氨氮和COD的去除率最高可達(dá)分別達(dá)80.9%和94.1%。同時(shí)制備了Zn O/PVC、Ce/Zn O、Bi/Zn O聚丙烯多面球,并對(duì)負(fù)載后的聚丙烯多面球進(jìn)行實(shí)驗(yàn)比較。結(jié)果表明負(fù)載于聚丙烯多面球的光催化劑在可見(jiàn)光光照6h之后仍有較好的去除效果。Bi/Zn O的降解效果最佳,氨氮去除率最高可達(dá)68.3%,COD能達(dá)到72.1%。降解效果高于Zn O/PVC和Ce/Zn O。重復(fù)使用會(huì)使得負(fù)載型光催化劑的降解率降低。
【關(guān)鍵詞】：納米氧化鋅 摻雜改性 表征 光催化
【學(xué)位授予單位】：大連海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：O643.36;X714
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-11
• 第一章 緒論11-17
• 1.1 納米光催化技術(shù)概論11-14
• 1.1.1 納米光催化劑的特性11-12
• 1.1.2 光催化技術(shù)作用機(jī)理12
• 1.1.3 光催化技術(shù)特點(diǎn)12-13
• 1.1.4 納米ZnO制備方法及改性研究13-14
• 1.2 海產(chǎn)品深加工廢水危害及處理研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3 論文的研究意義以及主要研究?jī)?nèi)容15-17
• 第二章 光催化實(shí)驗(yàn)方法17-22
• 2.1 催化劑表征方法17-18
• 2.1.1 熱重分析17
• 2.1.2 紅外光譜分析(FTIR)17
• 2.1.3 X射線(xiàn)衍射分析(XRD)17-18
• 2.1.4 掃描電子顯微鏡(SEM)18
• 2.2 光催化實(shí)驗(yàn)18-19
• 2.2.1 光催化降解實(shí)驗(yàn)18
• 2.2.2 氨氮標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)的建立18-19
• 2.3 氨氮或COD余量的測(cè)量19
• 2.4 實(shí)驗(yàn)試劑及儀器19-22
• 第三章 納米ZnO光催化劑的合成、表征及光催化性能的研究22-30
• 3.1 納米ZnO光催化劑的制備22
• 3.2 納米ZnO光催化劑的表征22-24
• 3.2.1 X射線(xiàn)衍射分析(XRD)22-23
• 3.2.2 掃描電鏡分析(SEM)23-24
• 3.3 納米ZnO光催化氧化養(yǎng)殖廢水中氨氮的研究24-27
• 3.3.1 納米ZnO用量對(duì)降解模擬海產(chǎn)品深加工廢水影響24
• 3.3.2 溶液初始pH值對(duì)降解模擬海產(chǎn)品深加工廢水的影響24-25
• 3.3.3 氨氮初始濃度對(duì)降解模擬海產(chǎn)品深加工廢水的影響25-26
• 3.3.4 COD初始濃度對(duì)降解模擬海產(chǎn)品深加工廢水的影響26
• 3.3.5 光照時(shí)間對(duì)降解模擬海產(chǎn)品深加工廢水的影響26-27
• 3.3.6 過(guò)氧化氫投加量對(duì)降解模擬海產(chǎn)品深加工廢水的影響27
• 3.4 正交試驗(yàn)優(yōu)化光催化降解條件27-29
• 3.5 本章小結(jié)29-30
• 第四章Ce/ZnO光催化劑的合成、表征及光催化性能的研究30-37
• 4.1 Ce/ZnO光催化劑的制備[54]30
• 4.2 Ce/ZnO光催化劑的表征30-34
• 4.2.1 紅外分析30-31
• 4.2.2 XRD衍射分析31-33
• 4.2.3 掃描電鏡33-34
• 4.3 正交實(shí)驗(yàn)分析34-35
• 4.4 本章小結(jié)35-37
• 第五章Bi/ZnO光催化劑的合成、表征及光催化性能的研究37-45
• 5.1 Bi/ZnO光催化劑的制備37
• 5.2 Bi/ZnO光催化劑的表征37-41
• 5.2.1 熱重分析37-38
• 5.2.2 紅外分析38-39
• 5.2.3 XRD衍射分析39-40
• 5.2.4 掃描電鏡40-41
• 5.3 正交實(shí)驗(yàn)分析41-43
• 5.4 本章小結(jié)43-45
• 第六章ZnO/PVC光催化劑的合成、表征及光催化性能的研究45-52
• 6.1 ZnO/PVC催化劑的制備45
• 6.1.1 納米氧化鋅的制備45
• 6.1.2 ZnO/PVC復(fù)合催化劑的制備45
• 6.2 ZnO/PVC光催化劑的表征45-50
• 6.2.1 熱重分析45-46
• 6.2.2 紅外分析46-48
• 6.2.3 XRD衍射分析48
• 6.2.4 掃描電鏡48-50
• 6.3 正交實(shí)驗(yàn)分析50-51
• 6.4 本章小結(jié)51-52
• 第七章 納米Ce/ZnO光催化氧化海產(chǎn)品深加工廢水的動(dòng)力學(xué)研究52-61
• 7.1 光催化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)模型52-54
• 7.2 氨氮（COD）初始濃度的影響54-55
• 7.3 Ce摻雜量對(duì)催化劑催化性能的影響55-56
• 7.4 煅燒溫度對(duì)催化劑催化性能的影響56-57
• 7.5 煅燒時(shí)間對(duì)催化劑催化性能的影響57-58
• 7.6 動(dòng)力學(xué)模型與分析58-60
• 7.7 小結(jié)60-61
• 第八章 沸石和聚丙烯多面球負(fù)載納米光催化劑的研究61-71
• 8.1 負(fù)載型BiOCl/ZnO/沸石光催化劑的制備61-62
• 8.2 負(fù)載型BiOCl/ZnO/沸石光催化劑的表征62-63
• 8.2.1 X射線(xiàn)衍射分析(XRD)62
• 8.2.2 掃描電鏡分析(SEM)62-63
• 8.3 負(fù)載型BiOCl/ZnO/沸石光催化劑制備及實(shí)驗(yàn)條件的優(yōu)化63-67
• 8.3.1 負(fù)載濃度對(duì)氨氮及COD去除率的影響63-64
• 8.3.2 復(fù)合催化劑投加量對(duì)去除率的影響64
• 8.3.3 復(fù)合催化劑煅燒時(shí)間對(duì)氨氮及COD去除率的影響64-65
• 8.3.4 復(fù)合催化劑煅燒溫度對(duì)氨氮及COD去除率的影響65
• 8.3.5 氨氮、COD初始濃度對(duì)氨氮及COD去除率的影響65-66
• 8.3.6 光照時(shí)間對(duì)氨氮及COD去除率的影響66-67
• 8.4 正交試驗(yàn)優(yōu)化光催化降解條件67-68
• 8.5 聚丙烯多面球負(fù)載光催化劑的研究68-70
• 8.6 本章小結(jié)70-71
• 第九章結(jié)論與展望71-74
• 9.1 結(jié)論71-72
• 9.2 本研究的不足和進(jìn)一步的展望72-74
• 參考文獻(xiàn)74-79
• 攻讀碩士期間發(fā)表論文79-82
• 致謝82

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：復(fù)合納米ZnO光催化劑的制備、表征及性能應(yīng)用研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：341108