復合光催化劑的制備及其降解水中染料的應用研究.pdf

1、本文著眼于納米氧化鋅(納米.ZnO)的性能改進研究，利用一種既簡單又廉價的合成路線制備高效的復合ZrO<,2>/ZnO光催化劑。這種新型催化劑不僅進一步拓寬了ZnO的復合氧化物型光催化劑的研究領(lǐng)域，并且通過其對偶氮染料的吸附和降解動力學以及降解途徑的分析也進一步完善了光催化技術(shù)的機理研究，對其應用到實際廢水中有機污染物的光催化治理過程中，具有一定的現(xiàn)實意義。 采用共沉淀.熱分解法制備了復合ZrO<,2>/ZnO光催化劑，利用.

2、XRD、SEM、TEM、TG-DTA和FT-IR等對其進行了表征，通過酸性紅B的等溫吸附實驗和紫外光催化降解實驗，系統(tǒng)地研究了不同鋅源、煅燒溫度、煅燒時間、Zr復合比例等對ZrO<,2>/ZnO光催化劑結(jié)構(gòu)和催化活性的影響。通過實驗結(jié)果證實了ZrO<,2>的復合降低了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、過氧化氫濃度、光強、乙醇等因素對紫外光催化降解酸性紅B的影響。光催化反應對反應體系的溫度不敏感，溶液溫度降低對反應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的進行。催化劑投加量和過氧化氫都存在一個最佳濃度，超過最佳濃度反而會降低反應效果。溶液pH值是通過改變催化劑表面電性而引起吸附物種的改變來影響反應效果，在等電點附近酸性紅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<'+>能夠通過抑制電子.空穴的復合而起促進作用，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<'->通過競爭吸附和捕獲-OH抑制吸附和降解過程。IO<,4><'->在紫外光作用下能夠生成-OH從而對反應起到促進作用。在太陽光條件下，2.5％ZrO<,2>/ZnO同樣具有較高的光催化效率。

5、通過等溫吸附實驗考察了催化劑用量、酸性紅B初始濃度和溶液pH值對平衡吸附量的影響，并運用Langrnuir和：Freundlich等溫吸附模型對酸性紅B在ZnO和2.5％ZrO<,2>/ZnO表面的吸附規(guī)律進行模擬，然后分別計算并對比各參數(shù)值以及吸附自由能△<,ad>G°來研究它們吸附性能的差異，說明2.5％ZrO<,2>/ZnO不僅具有較高的吸附能力，而且相對純ZnO有所提高。 酸性紅B的光催化降解反應符合L-H準一級動力學

6、模型。通過考慮中間產(chǎn)物等競爭吸附的影響對該模型進行修正。分別計算ZnO和2.5％ZrO<,2>/ZnO的修正前后的L-H反應動力學模型中各參數(shù)值以及半衰期表觀值和計算值。說明2.5％ZrO<,2>/ZnO相對ZnO的較高的光催化活性，中間產(chǎn)物等對反應起到延遲作用。 根據(jù)降解過程中TOC、pH、SO<,4><'2->、NO<,3><'->和NH<,4><'+>無機離子生成量以及UV-Vis光譜變化來分析酸性紅B的脫色降解過程。隨

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