Fe掺纳米ZnO及Fe 3 O 4 /ZnO的制备及光催化性能研究

发布时间：2021-09-30 16:01

　　ZnO来源丰富,价格低廉,光催化活性高,具有很高的热稳定性、化学稳定性、无毒以及环保等优点,这些优点使得ZnO在光催化应用中获得越来越多的关注。本论文通过水热合成法制备了Fe掺杂纳米ZnO和Fe₃O₄/ZnO复合光催化剂,通过XRD、SEM等表征手段进行表征,并验证了其光催化性能与回收利用的情况。（1）确定了制备Fe掺杂纳米ZnO的工艺条件在反应温度为150℃,无水乙醇滴加量为20m L,Fe/Zn掺杂比为0.05,pH=11时光催化性能较优。通过正交试验,得出Fe/Zn掺杂比为0.05,催化剂投加量为1.1g/L,亚甲基蓝废水pH=11,反应时间为150min时,催化剂光催化降解亚甲基蓝的效果最优,达到94.1%。（2）制备的Fe掺杂纳米ZnO均为纤锌矿结构。掺杂的Fe并没有以单独的晶相堆积在晶体表面,而是以Fe3+渗入到ZnO晶格中。样品为片状形貌,其厚度在几十到一百纳米之间,分散性良好,片的长度大约在800nm左右。（3）确定了制备Fe₃O₄/ZnO复合光催化剂时,Zn²⁺

【文章来源】：中北大学山西省

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 引言
    1.1 环境污染控制方法分类
        1.1.1 物理处理方法
        1.1.2 物理化学处理方法
        1.1.3 化学处理方法
        1.1.4 生物处理方法
        1.1.5 生态处理方法
    1.2 光催化技术简介
        1.2.1 光催化技术研究背景
        1.2.2 光催化反应机理
    1.3 ZnO光催化剂的研究进展
        1.3.1 ZnO光催化剂的简介
        1.3.2 纳米ZnO的制备方法
    1.4 影响纳米ZnO光催化活性的因素
        1.4.1 粒径的影响
        1.4.2 形貌和晶格缺陷
        1.4.3 掺杂金属离子和掺杂量
        1.4.4 pH值
        1.4.5 光源和光强
    1.5 光催化剂存在的问题和解决方法
        1.5.1 ZnO光催化剂存在的问题
        1.5.2 ZnO光催化剂的改性方法
    1.6 课题研究的目的、意义和研究内容
        1.6.1 课题研究的目的
        1.6.2 课题研究的意义
        1.6.3 课题的主要研究内容
2 Fe掺杂纳米ZnO的制备
    2.1 Fe掺杂纳米ZnO的制备
        2.1.1 实验步骤
        2.1.2 实验设备
        2.1.3 化学试剂
    2.2 纳米材料表征
        2.2.1 表征手段
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 XRD表征结果分析
        2.3.2 SEM表征结果分析
    2.4 本章小结
3 Fe掺杂纳米ZnO光催化性能的研究
    3.1 实验装置
    3.2 制备条件对其光催化性能的影响
        3.2.1 反应温度对催化剂光催化性能的影响
        3.2.2 Fe/ZnO掺杂比对其光催化性能的影响
        3.2.3 无水乙醇滴加量对其光催化性能的影响
        3.2.4 pH对其光催化性能的影响
    3.3 反应条件对其光催化性能的影响
        3.3.1 催化剂用量对亚甲基蓝降解率的影响
        3.3.2 亚甲基蓝pH对降解率的影响
        3.3.3 正交试验
    3.4 本章小结
4 Fe_3O_4/ZnO复合材料的制备
    4.1 实验部分
        4.1.1 实验步骤
        4.1.2 实验设备
        4.1.3 化学试剂
    4.2 表征手段
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 XRD表征结果分析
        4.3.2 SEM表征结果分析
        4.3.3 IR分析
    4.4 本章小结
5 Fe_3O_4/ZnO复合材料光催化性能及回收利用率的研究
    5.1 光催化降解实验
        5.1.1 实验装置
        5.1.2 光催化性能的验证
    5.2 结果与讨论
        5.2.1 锌浓度对Fe_3O_4/ZnO复合材料光催化性能的影响
        5.2.2 催化剂投加量对其光催化性能的影响
        5.2.3 底物pH对光催化效率的影响
    5.3 Fe_3O_4/ ZnO复合材料磁性研究
    5.4 Fe_3O_4/ ZnO复合光催化剂可回收利用的研究
        5.4.1 对比ZnO和Fe_3O_4/ ZnO复合光催化剂的回收率
        5.4.2 Fe_3O_4/ ZnO复合光催化剂的回收利用率
    5.5 本章小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 本课题创新点
    6.3 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]球形和花形ZnO纳米结构的可控制备及其光催化机理[J]. 李丽,刘晓明,周舒婷,刘仕涛,贾殿赠.  无机化学学报. 2016(02)
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[4]溴化氧铋（BiOBr）光催化降解亚甲基蓝的研究[J]. 朱培娟,陈薇,李春艳,赵雅萍.  华东师范大学学报(自然科学版). 2014(04)
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[8]TiO2光催化研究的进展与展望[J]. 胡长英,左金龙,谢汉君.  黑龙江科技信息. 2013(19)
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博士论文
[1]掺杂ZnO光学性质及染料敏化太阳能电池研究[D]. 张永哲.兰州大学 2009

硕士论文
[1]纳米氧化锌的制备、掺杂及其光催化性能研究[D]. 韩帅.中北大学 2015
[2]ZnO材料的绿色制备及性能研究[D]. 李珍珍.河南师范大学 2014
[3]纳米Fe3O4的制备及性能表征[D]. 刘冰.烟台大学 2013
[4]Ag、Co2+掺杂ZnO中空纤维的制备及其光催化性能[D]. 田泽.西北师范大学 2012
[5]具有可见光催化活性的二氧化钛系列催化剂的制备、表征及其光催化性能[D]. 王莹.华东师范大学 2008



本文编号：3416199