復(fù)合光催化劑的制備及其降解水中染料的應(yīng)用研究.pdf

1、本文著眼于納米氧化鋅(納米.ZnO)的性能改進(jìn)研究，利用一種既簡(jiǎn)單又廉價(jià)的合成路線制備高效的復(fù)合ZrO<,2>/ZnO光催化劑。這種新型催化劑不僅進(jìn)一步拓寬了ZnO的復(fù)合氧化物型光催化劑的研究領(lǐng)域，并且通過(guò)其對(duì)偶氮染料的吸附和降解動(dòng)力學(xué)以及降解途徑的分析也進(jìn)一步完善了光催化技術(shù)的機(jī)理研究，對(duì)其應(yīng)用到實(shí)際廢水中有機(jī)污染物的光催化治理過(guò)程中，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。 采用共沉淀.熱分解法制備了復(fù)合ZrO<,2>/ZnO光催化劑，利用.

2、XRD、SEM、TEM、TG-DTA和FT-IR等對(duì)其進(jìn)行了表征，通過(guò)酸性紅B的等溫吸附實(shí)驗(yàn)和紫外光催化降解實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)地研究了不同鋅源、煅燒溫度、煅燒時(shí)間、Zr復(fù)合比例等對(duì)ZrO<,2>/ZnO光催化劑結(jié)構(gòu)和催化活性的影響。通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了ZrO<,2>的復(fù)合降低了ZnO的粒徑，提高了它的光催化活性，2.5％ZrO<,2>/ZnO的光催化效率相對(duì)純ZnO提高了11％，略好于P25TiO<,2>。 考察了染料初始濃度、催化劑投

3、加量、溶液pH值、溶液溫度、過(guò)氧化氫濃度、光強(qiáng)、乙醇等因素對(duì)紫外光催化降解酸性紅B的影響。光催化反應(yīng)對(duì)反應(yīng)體系的溫度不敏感，溶液溫度降低對(duì)反應(yīng)速率和平衡吸附量影響不大。其它因素都能顯著影響光催化反應(yīng)的進(jìn)行。催化劑投加量和過(guò)氧化氫都存在一個(gè)最佳濃度，超過(guò)最佳濃度反而會(huì)降低反應(yīng)效果。溶液pH值是通過(guò)改變催化劑表面電性而引起吸附物種的改變來(lái)影響反應(yīng)效果，在等電點(diǎn)附近酸性紅B處理效果最差。除Ag<'+>外，F(xiàn)e<'3+>、Fe<'2+>和Mn<

4、'2+>都能提高酸性紅B在催化劑表面的平衡吸附量，但只有Fe<'3+>和Ag<'+>能夠通過(guò)抑制電子.空穴的復(fù)合而起促進(jìn)作用，F(xiàn)e<'2+>和Mn<'2+>濃度越高阻礙作用越明顯。NO<,3><'->離子作用不明顯，SO<,4><'2->和Cl<'->通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)吸附和捕獲-OH抑制吸附和降解過(guò)程。IO<,4><'->在紫外光作用下能夠生成-OH從而對(duì)反應(yīng)起到促進(jìn)作用。在太陽(yáng)光條件下，2.5％ZrO<,2>/ZnO同樣具有較高的光催化效率。

5、通過(guò)等溫吸附實(shí)驗(yàn)考察了催化劑用量、酸性紅B初始濃度和溶液pH值對(duì)平衡吸附量的影響，并運(yùn)用Langrnuir和：Freundlich等溫吸附模型對(duì)酸性紅B在ZnO和2.5％ZrO<,2>/ZnO表面的吸附規(guī)律進(jìn)行模擬，然后分別計(jì)算并對(duì)比各參數(shù)值以及吸附自由能△<,ad>G°來(lái)研究它們吸附性能的差異，說(shuō)明2.5％ZrO<,2>/ZnO不僅具有較高的吸附能力，而且相對(duì)純ZnO有所提高。 酸性紅B的光催化降解反應(yīng)符合L-H準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)

6、模型。通過(guò)考慮中間產(chǎn)物等競(jìng)爭(zhēng)吸附的影響對(duì)該模型進(jìn)行修正。分別計(jì)算ZnO和2.5％ZrO<,2>/ZnO的修正前后的L-H反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型中各參數(shù)值以及半衰期表觀值和計(jì)算值。說(shuō)明2.5％ZrO<,2>/ZnO相對(duì)ZnO的較高的光催化活性，中間產(chǎn)物等對(duì)反應(yīng)起到延遲作用。 根據(jù)降解過(guò)程中TOC、pH、SO<,4><'2->、NO<,3><'->和NH<,4><'+>無(wú)機(jī)離子生成量以及UV-Vis光譜變化來(lái)分析酸性紅B的脫色降解過(guò)程。隨

7、著反應(yīng)的進(jìn)行，脫色率不斷提高，但是TOC的去除相對(duì)緩慢一些。根據(jù)溶液中總S和總N的理論值與實(shí)際檢測(cè)值推斷酸性紅B的降解過(guò)程中-SO<,3><'->磺酸基和N的轉(zhuǎn)化過(guò)程。脫-SO<,3><'->磺酸基和脫色反應(yīng)均為初始反應(yīng)，大部分N是以N<,2>形式釋放出。 總而言之，通過(guò)酸性紅B的等溫吸附實(shí)驗(yàn)和光催化降解實(shí)驗(yàn)結(jié)果，證明了合成的新型2.5％ZrO<,2>/ZnO復(fù)合光催化劑具有較高的吸附性能和催化活性，通過(guò)ZrO<,2>的復(fù)合提