稀土Nd-Eu掺杂ZnO纳米材料的制备及对罗丹明B的降解研究

发布时间：2020-05-13 18:04

【摘要】：随着工业、农业、经济的快速发展,生物毒性大、色度深、降解困难的有机染料废水对环境造成的威胁越来越严重。因此,低成本、低能耗、高效的有机染料废水处理方法受到国家、企业和民众的广泛关注。有机染料废水光催化降解技术中,降解材料的制备异常重要。本论文采用直接沉淀法对纳米ZnO进行稀土掺杂改性,分别制备了Nd掺杂纳米ZnO、Eu掺杂纳米ZnO、Nd-Eu掺杂纳米ZnO、Eu-Nd掺杂纳米ZnO,并采用X射线衍射、扫描电子显微镜、固体荧光光谱等测试手段对产品进行分析与表征,考查掺杂对ZnO的物相、晶体结构、荧光性质的影响,并将其应用于有机染料废水中罗丹明B的光催化降解。主要研究内容如下:采用直接沉淀法,以氢氧化钠和乙酸锌为原料,十六烷基三甲基溴化铵、异丙醇为助剂,获得粒径较小、结晶度和纯度较高的纳米ZnO。并采用相同方法将Nd~(3+)、Eu~(3+)掺入ZnO的晶格中,影响ZnO的晶胞参数,增大ZnO的晶粒尺寸,且获得球形掺杂纳米ZnO颗粒。Nd、Eu分别单掺杂纳米ZnO在氙灯照射下对罗丹明B降解效率的提高并不明显,但是Nd、Eu分别单掺杂可大幅度提纳米ZnO在汞灯照射下的光催化性能。随着掺杂量的增加,掺杂ZnO纳米材料的光催化降解性能逐渐升高。7%Nd掺杂纳米ZnO在最佳降解条件:电解时间60min、溶液初始浓度10 mg/L、投加量0.05g、溶液pH=8时,对罗丹明B的去除率最高能达到89.62%。7%Eu掺杂纳米ZnO在汞灯照射下对罗丹明B的去除率最高能达到91.78%。Eu-Nd、Nd-Eu共掺杂制备的ZnO纳米材料具有较高的光催化性能,Eu-3%Nd、Nd-3%Eu掺杂纳米ZnO在氙灯照射下光催化效果最佳,对罗丹明B的去除率可达21.72%;7%Eu-7%Nd、7%Nd-7%Eu掺杂纳米ZnO在汞灯照射下光催化效果最佳,对罗丹明B的去除率能达到90.78%。采用固体荧光光谱仪测试结果表明Nd掺杂纳米ZnO、Eu掺杂纳米ZnO、Nd-Eu掺杂纳米ZnO、Eu-Nd掺杂纳米ZnO的光致PL强度均显著低于纯ZnO,说明掺杂可抑制重组光诱导载流子,有利于光生载流子的分离和传输,从而提高掺杂纳米ZnO的光催化活性。本论文研究结果表明,Nd、Eu掺杂ZnO纳米材料对罗丹明B具有优异的光催化性能,处理有机染料废水具有广阔的应用前景。
【图文】：

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图 1-1 罗丹明 B 的结构简式Fig. 1-1 Chemical structure of Rhodamine B业应用的有机染料，罗丹明 B 进入水体环境已证明罗丹明 B 对动物具有一定的致癌性，肢酸痛等症状[14]。因此水环境污染中罗丹明目前已有许多研究报道关注了罗丹明 B 的光剂是常见的光催化剂，如 TiO2、WO3、SnO泛的研究[15, 16]。在这些半导体材料中，TiO性被认为是最有效的光催化剂[17]。备了一种 TiO2/活性炭复合体并且用来对罗丹加 0.5g TiO2/ AC 光催化剂，200 min 内可降解。Pei C C 等[19]采用溶胶凝胶辅助无喷围内煅烧前驱体 Ti（OiPr）4/ ZnAc / PVP 纳nO 掺杂 TiO2纳米颗粒，获得的产品在可见光

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图 1-2 六方氧化锌晶体结构图Fig. 1-2 Six party ZnO crystal structure带宽度为 3.37 eV，激子束缚为 60 meV，在突出性能和用途，已被广泛应用于发光材料转化等领域[24-32]。目前国内外关于纳米氧化的状态可分为气相法、液相法和固相法。其中单、过程易控制、成本较低，已经被广泛研接沉淀合成、均匀沉淀合成、溶胶－凝胶合法指在特制的密闭反应器（高压釜）中，，以水生蒸汽压）反应体系，创造出一个相对高温的物质溶解，并且重结晶而进行无机合成与粒径小且分布均匀，分散性能好的纳米材料物、复合氧化物等纳米粉体、薄膜的制备。纳米 ZnO 一般是先生成含锌的过饱和溶液，
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.1

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