纳米氧化锌的制备及其光催化性能的研究

论文摘要

纳米氧化锌作为一种新型功能半导体材料与普通的氧化锌相比,具有独特的颜色效应、光催化作用以及散射和吸收紫外线的能力等,这样就使其在废水处理、杀菌、环保等方面有着广泛的应用前景。因此,制备出低成本、低能耗,尤其是颗粒细小且分散均匀的纳米氧化锌一直是人们关注的焦点。本文以离子交换树脂作为交换络合剂、ZnSO4·7H2O为原料,在水浴搅拌条件下制备了高纯纳米氧化锌,并以化学滴定法、微机差热天平、扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、紫外-可见分光光度计（UV-Vis）对产物进行了表征;并对其光催化性能进行了评价;最后初步探索了电化学法制备纳米氧化锌的试验。ZnSO4直接与阴离子交换树脂在60℃的水浴中搅拌,反应16h条件下制备的纳米氧化锌的含锌量达到了76%以上;X射线衍射谱图得到的峰形与水热法制备的纳米氧化锌的衍射峰位置相同,属六方晶系结构;由热重分析看出,产物中ZnO含量达到99%以上;由紫外-可见吸光光度分析可知,所得产物对紫外线有很强的吸收特性;由扫描电镜图可以看出产物的分散性好,颗粒分布均匀。利用离子交换法制备的纳米氧化锌对甲基橙进行光催化降解。首先对甲基橙的特征吸收峰进行测定,在465nm处的吸收峰是由甲基橙的偶氮双键（—N=N—）显色基团产生的;而290nm处的吸收峰是由苯环共轭体系产生的;无论是在太阳光下还是在紫外光下,纳米氧化锌在弱碱性条件（pH=9）下光催化降解甲基橙的效果最佳;同时在太阳光下光催化降解3h、甲基橙的浓度为10mg/L,最佳的催化剂用量为300mg/L;在紫外光下的最佳催化剂用量则为40mg/L。紫外光与太阳光光催化相比,在相同催化条件下,催化剂用量比为1∶7.5;从理论上分析了纳米氧化锌光催化氧化的机理。初步探索了电化学方法制备纳米氧化锌,采用阴阳极交叉排布的反应器,在外加电场的作用下,以碱式碳酸锌固体直接合成纳米氧化锌。通过对两种反应温度所得产物的沉降性的对比,可知当反应温度为60℃时产物的颗粒细小、分散性较好、分布均匀;对产物的X射线衍射分析看出,产物的六方晶系结构已基本呈现;并且产物对枯草杆菌具有抑菌性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 文献综述
• 1.1 纳米氧化锌的研究进展
• 1.1.1 纳米材料的特性
• 1.1.2 纳米氧化锌的性质
• 1.1.3 纳米氧化锌的应用
• 1.1.4 纳米氧化锌的制备方法
• 1.2 掺银纳米氧化锌的研究进展
• 1.2.1 目前国内外制备掺银纳米氧化锌的方法
• 1.2.2 掺银纳米氧化锌的应用
• 1.3 光催化氧化降解有机物的研究进展
• 1.3.1 光催化氧化法
• 1.3.2 光催化氧化法降解染料废水
• 1.4 离子交换树脂的应用进展
• 1.4.1 离子交换树脂的主要性能
• 1.4.2 离子交换树脂的应用
• 本章小结
• 第二章 离子交换法的理论基础及实验方法
• 2.1 离子交换法的理论基础
• 2.1.1 离子交换
• 2.1.2 均匀沉淀
• 2.1.3 机械力化学作用
• 2.1.4 溶液pH值
• 2.1.5 反应温度
• 2.1.6 过饱和比
• 2.2 离子交换制备方法及实验装置
• 2.2.1 离子交换制备方法
• 2.2.2 离子交换法的实验装置
• 2.2.3 离子交换树脂的再生
• 2.3 产物的表征
• 本章小结
• 第三章 离子交换法制备的纳米氧化锌的分析表征
• 3.1 化学滴定法分析
• 3.2 X射线衍射（XRD）分析
• 3.3 热重（TG）分析
• 3.4 紫外-可见吸收光谱（UV-V is）分析
• 3.5 扫描电镜（SEM）分析
• 本章小结
• 第四章 纳米氧化锌光催化降解甲基橙溶液
• 4.1 光催化实验
• 4.1.1 纳米氧化锌在太阳光下光催化降解甲基橙试验
• 4.1.2 纳米氧化锌在紫外光下光催化降解甲基橙试验
• 4.1.3 光催化剂的再生
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 甲基橙的紫外-可见吸光谱曲线
• 4.2.2 太阳光下pH值对光催化的影响
• 4.2.3 太阳光下催化剂用量对甲基橙光催化的影响
• 4.2.4 紫外光下的光催化结果
• 4.3 机理的探讨
• 4.3.1 光催化氧化机理
• 4.3.2 纳米氧化锌光催化氧化机理
• 本章小结
• 第五章 初探电化学法制备纳米氧化锌
• 5.1 电化学法制备纳米氧化锌及实验装置
• 5.1.1 纳米氧化锌的电化学制备方法
• 5.1.2 实验装置
• 5.1.3 电极排布图
• 5.2 电化学反应过程中电流和电压的影响
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 反应温度对Zn百分含量的影响
• 5.3.2 反应温度对产物分散性的影响
• 5.3.3 产物的X射线衍射（XRD）分析
• 5.3.4 产物的热重（TG）分析
• 5.3.5 产物的扫描电镜（SEM）分析
• 5.3.6 产物的抑菌性分析
• 5.4 电化学法反应过程的讨论
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢