微波辅助制备纳米ZnO及其在光催化降解染料废水方面的研究
发布时间：2020-10-23 18:10
ZnO在光催化降解污染物方面具有较好的应用前景。目前有关ZnO合成方法的制备时间较长,而且使用诸如去离子水、无水乙醇、乙二醇等传统溶剂制备的纳米ZnO达不到降解要求。因此,本文优化了纳米ZnO的制备方法,以聚乙二醇400(PEG 400)为溶剂并采用微波辅助共沉淀法制备得到纳米ZnO,以三苯甲烷类染料结晶紫(Crystal violet, CV)和偶氮类染料刚果红(Congo red, CR)为目标污染物,探讨了加热方式、锌源、沉淀剂、碱锌比、PEG 400用量、微波加热温度及煅烧温度等工艺条件对纳米ZnO形貌和光催化降解性能的影响,并研究了光源、催化剂投加量、染液初始浓度、pH值及光照时间对染料降解率的影响。具体结论如下：(1)纳米ZnO制备工艺主要影响因素：不同沉淀剂导致纳米ZnO形貌差异较大,选用NaOH可制得光催化性能较好的棒状纳米ZnO；碱锌比、PEG 400用量对颗粒尺寸具有重要影响,当碱锌比为1：1,PEG 400用量为15 mL时颗粒尺寸最小；煅烧温度影响纳米颗粒的结晶度,当煅烧温度为350℃时纳米ZnO结晶度和光催化性能较好。(2)通过光源、化剂投加量、染液初始浓度、pH值及光照时间对染料降解率影响的研究表明,制备的纳米ZnO具有较好的紫外光催化活性和较宽的pH适应范围；随催化剂投加量的增加,染料的降解率呈现先增大后保持不变的趋势；染料颜色具有的吸光性使染料降解率与染液初始浓度呈反比关系；随光照时间的延长,ZnO对两种染料的降解率快速提高后保持稳定。(3)催化动力学研究表明,ZnO催化降解两种染料符合准一级动力学模型；其催化降解染料的机理为ZnO在波长等于或小于387 nm的紫外光照射后产生电子-空穴对,电子-空穴对与OH-、H2O及溶解氧等反应生成大量·OH,在强氧化剂·OH作用下降解有机污染物。
【学位单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TQ132.41;X788
【部分图文】：
图１－１?ＺｎＯ的晶体结构图（ａ：六方纤辞矿ｂ：立方闪辞矿）??Ｆｉｇ．?１－１?Ｃｒｙｓｔａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?Ｚ打０?（ａ：?ｗｕｒｔｚｉｔｅ?ｂ：?ｃｕｂｉｃ?ｚｉｎｃ?ｂｌｅｎｄｅ）??１．３．２纳米ＺｎＯ制备方法??纳米ＺｎＯ制备方法及分类方式很多，按制备过程有无化学反应发生可分为化学法??和物理法，按反应物系的物理形态和反应条件可Ｗ分为气相法、液相法和固相法Ｈ种。??１、气相法??气相法的原理是直接采用气态反应物或将物料气化，使其在气态下发生物理或化学??反应，最终在冷却过程中经冷凝、结晶、成核长大形成纳米粒子，主耍包括气－固－液生??长（ＶＬＳ）、物理气相沉积法（ＰＶＤ）、化学气相沉积法（ＣＶＤ）、化学气相传输法（ＣＶＴ）、??热蒸发法、分子束外延法（ＭＢＥ）、喷雾热解法、磁控瓣射法等。??化学气相沉积法是［ｉＡ惰性气体为载体或将金属化合物蒸发成气相，在高温区发生反??应后输送至低温区，利用温差在基板上形成涂层或薄膜。??化学气相传输法制备ＺｎＯ的原理是将ＺｎＯ粉体置于高温源区，加热气化后经扩散??
２．４实验结果与讨论??２．４．１加热方式对染料催化降解的影响??不同加热方式对纳米ＺｎＯ催化降解染料的影响见图２－５。恒温水浴加热法的原理是??采用加热管加热溶剂水，利用热水与溶液间的温差进行热传导、热对流从而达到加热溶??液的目的。微波加热是利用前驱体溶液中的极性分子翻转、摩擦生热，使溶液升温。从??图中可Ｗ看出，微波加热制得ＺｎＯ对于两种染料的降解效果优于恒温水浴法。微波加??热速率快，只需传统加热１＾００？１／１０的时间即可完成，热效率高；而且可Ｗ在不同溶??液深度同时加热，受热均匀，无温度梯度和滞后效应故本实验选用微波加热作为??加热方式。??１００?Ｉ??????????１??Ｉ：．；靖立，＇；；ｊ?ｆ￣７］ｃｖ??．Ｉ?１?：；晋ｆ皆；圓ｃ艮??８０?－??￥．?§誦??棚圍??ｗａｔｅｒ－ｂａ化?ｈｅａｔｉｎｇ?ｍｉｃｒｏｗａｖｅ?ｈｅａｔｉｎｇ??Ｔｙｐｅ?ｏｆ?ｈｅａｔｉｎｇ??图２－５不同加热方式对染料降斬的影响??Ｆｉｇ．?２－５?Ｅｆｆｅｃｔ?ｏｆ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｈｅａｔｉｎｇｓ?ｏｎ?ｄｙｅｓ?ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ??２．４．２巧源对染料催化降解的影响??不同巧源对纳米ＺｎＯ催化降解染料的影响见图２－６。从園中可レッ看出，不同巧源制??备的ＺｎＯ光催化１＇生能略有不同心Ｉ对于ＣＶ的降解
ｌｉｌｉｌｉｌｉｉ??Ｚｎ（Ｎ０，）２?ＺｎＳ〇４?ＺｎＣＣＨ＾ＣＯＯ）＾?ＺｎＣｌ＾??Ｔｙｐｅ?ｏｆ?之ｉｎｃ?ｓｏｕｒｃｅｓ??图２－６不同辞源对染料降解的影咐??巧爸．２－６?Ｅｆｆｅｃｔ?ｏｆ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｚｉｎｃ?ｓｏｕｒｃｅｓ?ｏｎ?ｄｙｅｓ?ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ??２．４．３沉淀剂对染料催化降解的影响??不同沉淀剂对纳米ＺｎＯ催化降解染料的影响见图２－７。由图中可＾＾＾＾看出，沉淀剂种??类对ＺｎＯ光催化性能有很大影响ｔ６９’气ＮａＯＨ、佩龙〇３与Ｚｎ（Ｎ〇３）２的反应属于直接沉??淀法，Ｃ０（ＮＨ）２、ＮＨ４ＯＨ的反应则属于均匀沉淀法。Ｃ０（ＮＨ）２在高温下缓慢水解生成??Ｃ〇２?和?ＮＨ３’Ｈ２０，水解产物与?Ｚｎ（Ｎ〇３）２?进一步反应生成?ＺｎＣ〇３－２Ｚｎ（ＯＨ）２－Ｈ２〇；ＮＨ３’Ｈ２０??在水溶液中缓慢释放Ｏｉｒ，与Ｚｎ（Ｎ〇３）２生成Ｚｎ（０Ｈ）２。采用均匀沉淀法制备的ＺｎＯ光??催化效果反而不如直接沉淀法，ＣＶ光催化效果顺序为ＮａＯＨ＞Ｎａ２Ｃ〇３＞ＣＯ（ＮＨ）２＞??ＮＨ４ＯＨ，ＣＲ光堪化效果顺序充ＮａＯＨ＞ＣＯ（ＮＨ）２＞ＮＨ４〇Ｈ＞Ｎａ２Ｃ〇３。综合考虑对两种??染料的催化效果
【参考文献】
本文编号：2853370
【学位单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TQ132.41;X788
【部分图文】：
图１－１?ＺｎＯ的晶体结构图（ａ：六方纤辞矿ｂ：立方闪辞矿）??Ｆｉｇ．?１－１?Ｃｒｙｓｔａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?Ｚ打０?（ａ：?ｗｕｒｔｚｉｔｅ?ｂ：?ｃｕｂｉｃ?ｚｉｎｃ?ｂｌｅｎｄｅ）??１．３．２纳米ＺｎＯ制备方法??纳米ＺｎＯ制备方法及分类方式很多，按制备过程有无化学反应发生可分为化学法??和物理法，按反应物系的物理形态和反应条件可Ｗ分为气相法、液相法和固相法Ｈ种。??１、气相法??气相法的原理是直接采用气态反应物或将物料气化，使其在气态下发生物理或化学??反应，最终在冷却过程中经冷凝、结晶、成核长大形成纳米粒子，主耍包括气－固－液生??长（ＶＬＳ）、物理气相沉积法（ＰＶＤ）、化学气相沉积法（ＣＶＤ）、化学气相传输法（ＣＶＴ）、??热蒸发法、分子束外延法（ＭＢＥ）、喷雾热解法、磁控瓣射法等。??化学气相沉积法是［ｉＡ惰性气体为载体或将金属化合物蒸发成气相，在高温区发生反??应后输送至低温区，利用温差在基板上形成涂层或薄膜。??化学气相传输法制备ＺｎＯ的原理是将ＺｎＯ粉体置于高温源区，加热气化后经扩散??
２．４实验结果与讨论??２．４．１加热方式对染料催化降解的影响??不同加热方式对纳米ＺｎＯ催化降解染料的影响见图２－５。恒温水浴加热法的原理是??采用加热管加热溶剂水，利用热水与溶液间的温差进行热传导、热对流从而达到加热溶??液的目的。微波加热是利用前驱体溶液中的极性分子翻转、摩擦生热，使溶液升温。从??图中可Ｗ看出，微波加热制得ＺｎＯ对于两种染料的降解效果优于恒温水浴法。微波加??热速率快，只需传统加热１＾００？１／１０的时间即可完成，热效率高；而且可Ｗ在不同溶??液深度同时加热，受热均匀，无温度梯度和滞后效应故本实验选用微波加热作为??加热方式。??１００?Ｉ??????????１??Ｉ：．；靖立，＇；；ｊ?ｆ￣７］ｃｖ??．Ｉ?１?：；晋ｆ皆；圓ｃ艮??８０?－??￥．?§誦??棚圍??ｗａｔｅｒ－ｂａ化?ｈｅａｔｉｎｇ?ｍｉｃｒｏｗａｖｅ?ｈｅａｔｉｎｇ??Ｔｙｐｅ?ｏｆ?ｈｅａｔｉｎｇ??图２－５不同加热方式对染料降斬的影响??Ｆｉｇ．?２－５?Ｅｆｆｅｃｔ?ｏｆ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｈｅａｔｉｎｇｓ?ｏｎ?ｄｙｅｓ?ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ??２．４．２巧源对染料催化降解的影响??不同巧源对纳米ＺｎＯ催化降解染料的影响见图２－６。从園中可レッ看出，不同巧源制??备的ＺｎＯ光催化１＇生能略有不同心Ｉ对于ＣＶ的降解
ｌｉｌｉｌｉｌｉｉ??Ｚｎ（Ｎ０，）２?ＺｎＳ〇４?ＺｎＣＣＨ＾ＣＯＯ）＾?ＺｎＣｌ＾??Ｔｙｐｅ?ｏｆ?之ｉｎｃ?ｓｏｕｒｃｅｓ??图２－６不同辞源对染料降解的影咐??巧爸．２－６?Ｅｆｆｅｃｔ?ｏｆ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｚｉｎｃ?ｓｏｕｒｃｅｓ?ｏｎ?ｄｙｅｓ?ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ??２．４．３沉淀剂对染料催化降解的影响??不同沉淀剂对纳米ＺｎＯ催化降解染料的影响见图２－７。由图中可＾＾＾＾看出，沉淀剂种??类对ＺｎＯ光催化性能有很大影响ｔ６９’气ＮａＯＨ、佩龙〇３与Ｚｎ（Ｎ〇３）２的反应属于直接沉??淀法，Ｃ０（ＮＨ）２、ＮＨ４ＯＨ的反应则属于均匀沉淀法。Ｃ０（ＮＨ）２在高温下缓慢水解生成??Ｃ〇２?和?ＮＨ３’Ｈ２０，水解产物与?Ｚｎ（Ｎ〇３）２?进一步反应生成?ＺｎＣ〇３－２Ｚｎ（ＯＨ）２－Ｈ２〇；ＮＨ３’Ｈ２０??在水溶液中缓慢释放Ｏｉｒ，与Ｚｎ（Ｎ〇３）２生成Ｚｎ（０Ｈ）２。采用均匀沉淀法制备的ＺｎＯ光??催化效果反而不如直接沉淀法，ＣＶ光催化效果顺序为ＮａＯＨ＞Ｎａ２Ｃ〇３＞ＣＯ（ＮＨ）２＞??ＮＨ４ＯＨ，ＣＲ光堪化效果顺序充ＮａＯＨ＞ＣＯ（ＮＨ）２＞ＮＨ４〇Ｈ＞Ｎａ２Ｃ〇３。综合考虑对两种??染料的催化效果
【参考文献】
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本文编号：2853370
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