納米氧化鋅及復(fù)合粉體的制備和光催化性能研究.pdf

1、ZnO是一種重要的半導(dǎo)體材料，其體相材料的禁帶寬度為3.2eV，對(duì)應(yīng)于波長(zhǎng)為387nm的紫外光。作為一種重要的光催化劑，是極少數(shù)幾個(gè)可以實(shí)現(xiàn)量子尺寸效應(yīng)的氧化物半導(dǎo)體材料，近年來(lái)得到了人們廣泛的研究。但是，純ZnO光催化效率較低，難以工程化應(yīng)用。半導(dǎo)體復(fù)合或摻雜等能提高其光催化效率，因而引起廣泛關(guān)注。 近幾年，已經(jīng)出現(xiàn)多種制備納米ZnO粉體及復(fù)合粉體的物理和化學(xué)方法，如均勻沉淀法、離子濺射法、溶膠-凝膠法等。本文采用高分子凝膠法

2、和固相合成法分別制備了納米ZnO、ZnO/Ag、ZnO/La2O3、ZnO/CeO2。對(duì)制得粉體用X射線衍射分析得其相組成，透射電鏡得產(chǎn)品的形貌及粒度分布，紅外光譜分析其燒結(jié)的程度，高壓汞燈和太陽(yáng)光照射降解次甲基藍(lán)溶液，對(duì)其光催化活性進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明： (1)以乙酸鋅為原料，丙烯酰胺為單體，N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺為網(wǎng)絡(luò)劑，采用高分子凝膠法制得納米ZnO粉體，且單體與網(wǎng)絡(luò)劑的重量比為5：1時(shí)為最佳，最佳燒結(jié)溫度是550℃

3、。得到的粉體平均粒徑為30-40nm，比表面積為26-36m2/g。水溶液中次甲基藍(lán)染料在ZnO半導(dǎo)體光催化的條件下，能迅速分解。在降解2h時(shí)，降解率已經(jīng)達(dá)到64％，說(shuō)明其有較強(qiáng)的光催化性能。ZnO光催化降解次甲基藍(lán)為一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型。 (2)采用高分子凝膠法制備了納米ZnO/Ag粉體。其最佳燒結(jié)溫度是550℃，沉積了貴金屬Ag的ZnO納米粉料的光催化活性得到了提高。光催化降解的最佳pH值是9.0；降解溫度對(duì)催化劑的活性影響不大；

4、加入過(guò)硫酸銨以后，光降解率提高。制備過(guò)程中沒(méi)加入添加劑時(shí)，銀的最佳摻雜量為1.0％。在制備過(guò)程中加入乙二醇時(shí)，制備出來(lái)的粉體平均粒徑為25nm，在降解75min時(shí)，降解率達(dá)到了100％，此時(shí)的摻雜量為0.5％；以太陽(yáng)光為光源時(shí)，在降解40min后，光降解率已經(jīng)達(dá)到了100％，明顯高于以高壓汞燈為光源的光降解率；另外，降解20次之后的粉體的降解率和第一次降解的幾乎一樣，說(shuō)明粉體可以重復(fù)利用。ZnO/Ag光催化降解次甲基藍(lán)也為一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型

5、。 (3)采用高分子凝膠法制備了納米ZnO/La2O3和ZnO/CeO2粉體，摻雜并沒(méi)有使ZnO的光催化性能得到很大的改善。但是同樣可以得出其最佳摻雜量分別是1.6％和1.0％，此時(shí)粉體的平均粒徑分別為26nm和22nm。在降解1.5h后，光降解率分別達(dá)到了81％和72％，比相同條件下制備的ZnO粉體的光催化降解率分別提高了17％和4％。 (4)以不同的鋅鹽、無(wú)水碳酸鈉和乙酸鑭為原料，采用固相法合成了納米ZnO/La2O

6、3粉體，前驅(qū)體的最佳燒結(jié)溫度是350℃。摻雜La2O3的ZnO納米粉料的光催化活性得到了提高。La2O3的最佳加入量是1.1％，以硝酸鋅為反應(yīng)物，并且在制備過(guò)程中加入十二烷基苯磺酸鈉得到的復(fù)合粉體的平均粒徑為17nm，此粉體在光降解75min后，光降解率已經(jīng)達(dá)到了100％；以太陽(yáng)光為光源的光催化效果明顯好于以高壓汞燈為光源的。此方法制備的復(fù)合粉體的光催化活性明顯好于高分子凝膠法制備的。 (5)以硝酸鋅、無(wú)水碳酸鈉、硝酸銀和十二烷

7、基苯磺酸鈉為原料，采用固相法合成了納米ZnO/Ag粉體，前驅(qū)體的最佳燒結(jié)溫度是350℃。沉積了貴金屬Ag的ZnO納米粉料的光催化活性得到了提高；Ag的最佳加入量是0.5％，粉體的平均粒徑為28nm，在光降解75min后，光降解率達(dá)到了95％。此方法制備的復(fù)合粉體的光催化活性沒(méi)有用高分子凝膠制備的高。 (6)以硝酸鋅、無(wú)水碳酸鈉、硝酸鈰和十二烷基苯磺酸鈉為原料，采用固相法合成了納米ZnO/CeO2粉體，前驅(qū)體的最佳燒結(jié)溫度是350