氧化锌纳米棒的制备及其光催化性能研究

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1、氧化锌纳米棒的制备及其光催化性能研究PreparationandphotocatalyticpropertiesofZnOnanorods作者姓名：史季春专业名称：环境工程指导教师：黄继国教授学位类别：工学硕士答辩日期：2015年5月29日摘要摘要氧化锌纳米棒的制备及其光催化性能研究近年来全国的染料废水排放量逐年加大，严重威胁人类健康以及生态环境的安全。因此，采用有效方法去除含有芳烃类化合物的染料废水对解决水污染问题具有重大的意义。光催化氧化处理有机废水技术是一项能耗低、无二次污染、操作简单、发展前景比较广阔的新兴环保技术。ZnO是一种重要的廉价、无毒、高效的光催化剂。目前为止，光催化的

2、制备成本、催化效率、固化技术、光源的选择等问题仍不完善。鉴于此，研究出低成本、高效率、易于分离且能耗低的光催化剂是一项具有一定意义的科研课题。本课题采用溶液法，以廉价大面积（40mm×75mm）的锌片为基底，以六次甲基四胺和硝酸锌为原料，在温和的条件下制备ZnO纳米棒。采用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线能谱（EDS）、紫外－可见吸收光谱（UV-vis）等测试分析技术进行表征，探讨了制备所得样品的结构特点及表面形貌特征。XRD、SEM、以及EDS分析结果证明所制备的样品是直径约为50nm~200nm的ZnO纳米棒。UV-vis表征显示所制得的催化剂的带隙能都有所降低

3、，吸收边发生了红移，更易受到光的激发。本课题所用的溶液法制备所得的ZnO纳米棒的生长机理：锌片基底提供籽-2+晶，诱导六次甲基四胺释放出的OH与溶液中的Zn形成ZnO，在籽晶上向外延伸生长出高度取向的ZnO纳米棒。在模拟可见光下研究了ZnO纳米棒对亚甲基蓝溶液的降解效果，实验表明，ZnO纳米棒具有良好的光催化降解性能。生长液浓度、生长温度、生长时间是ZnO纳米棒光降解亚甲基蓝溶液效果的关键因素，通过调节各个参数获得不同制备条件的催化剂。光催化降解实验结果表明，生长液浓度均为0.05mol/L，生长温度为70℃，生长时间为48h时，ZnO纳米棒对亚甲基蓝溶液的去除效果最好，5h可见光条件下

4、的催化效率可达82%，这一结论与表征结果也是一致的。本课题还探讨了初始浓度对ZnO纳米棒的光催化性能的影响，发现其随亚甲基蓝初始浓度的增大而降低，综合考虑选择20mg/L作为I摘要较适宜的亚甲基蓝初始浓度。最佳性能催化剂的重复性实验证实，制备的样品三次使用后对亚甲基蓝溶液的降解效率仍能达到64%。说明制得的催化剂稳定性良好，固化性能好，且易于与污染物分离。综上，溶液法制备的ZnO纳米棒，成本低、面积大、效率高、能耗低、制备过程简单且易于工业化，是具有良好应用前景的光催化剂。关键词：ZnO纳米棒，锌片，光催化降解，亚甲基蓝IIAbstractAbstractPreparationandph

5、otocatalyticpropertiesofZnOnanorodsRecentyears,theemissionsofdyewastewaterincountryhaveincreasedyearbyyear,whichhavemadeaseriousthreattohuman’shealthandtheenvironment.Therefore,touseaneffectivemethodforremovingdyewastewatercontainingaromaticcompoundstosolvethepollutionproblemwasgreatlysignificant

6、.Thetreatmentoforganicwastewaterbyphotocatalyticoxidationtechnologycostlittleenergy,operateseasily,hadnosecondarypollutionandbroadapplicationprospects.ZnOwasanefficient,non-toxic,inexpensiveandimportantphotocatalyst.Sofar,thecostofpreparingphotocatalytic,catalyticefficiency,curingtechnology,thech

7、oiceoflightsourceandotherissueswerestillresearchednotsoconsummate.So,developingatreatmenttechnologywiththeadvantagesoflow-cost,highefficiency,lowenergyconsumptionandeasyseparationofthephotocatalystisaresearchprojectofc