不同形态ZnO纳米晶的制备及光催化性能研究

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摘要本文采用水热合成法及溶剂热合成法制备了不同晶形的ZnO纳米晶，并通过紫外灯照射检测吸光度来研究它们对酸性大红GR的光催化性能，研究了水热反应和溶剂热反应的温度、反应时间等对光催化性能的影响。研究结果表明在90℃、7小时反应条件下用水热法制备的ZnO纳米晶具有最高光催化性能。经40min紫外光照，10ppm的酸性大红GR降解率达到99.67%。190℃用溶剂热法制备的ZnO纳米晶也有一定的光催化性能。47002

In the article, ZnO nanocrystalline were prepared by hydrothermal synthesis method and solvent thermal synthesis method . Photocatalytic properties of ZnO were characterized by acid scarlet GR in the ultraviolet light in order to analyze the degradation rate in reaction temperature and reaction time. As the results of the study show, the highest photocatalytic activity was observed when the microwave hydrothermal reaction temperature was 90℃, and the reaction time was 7 hours. The degradation rate for 10ppm acid scarlet GR is 99.67% in 40 minutes..

毕业论文关键字：ZnO纳米晶；合成；催化；酸性大红GR

Keyword: ZnO nanocrystalline; hydrothermal synthesis ; solvent thermal synthesis; Photocatalytic; Acid scarlet GR

摘要 2

1 前言 4

2 水热法及溶剂热法 5

2.1水热合成及溶剂热合成原理 5

2.2水热反应及溶剂热反应机理 6

3 实验部分 6

3.1 实验试剂 6

3.2 实验仪器 6

3.3水热法制备ZnO纳米晶 7

3.4 溶剂热法制备ZnO纳米晶 7

3.5 表征分析 7

3.6 光催化性能测试 7

4 结果与分析 8

4.1 水热法制备ZnO纳米晶和溶剂热法ZnO纳米晶的形貌结构 8

4.1.1水热法制备ZnO纳米晶形貌结构 8

4.1.2溶剂热法ZnO纳米晶形貌结构 9

4.2 ZnO纳米晶用量对其光催化性能的影响 9

4.3水热反应温度对光催化性能的影响 10

4.4水热反应时间对ZnO纳米晶光催化性能的影响 12

4.5溶剂热方法中反应温度对光催化性能的影响13

4.6水热合成 ZnO纳米晶与溶剂热合成ZnO纳米晶光催化性能比较14

5 结论 14

参考文献 14

致谢 16

1 前言

近年来，随着工业和经济的发展，环境问题正变得越来越严重。水作为人类生活中不可或缺的资源，伴随着工业的发展，受到的污染尤其严重。我国水资源人均拥有量仅为世界水资源人均拥有量的1／4，居121位，为13个贫水国之一。而由于对环境的漠视，长期以粗犷模式发展，水资源的污染使这一情况更加严峻。根据《中国环境状况公报》显示，目前我国七大水系均受到了不同程度的污染，86％的城市河段水质污染超标，河流的污染以有机污染为主。作为纺织业、轻工业、化工业的重要组成部分，印染行业是河流的污染最大的凶手之一。由于在印染行业的生产过程中，原料大部分是芳烃化合物和杂环化合物，副反应多，产品收率低，因而染料生产过程中排放的染料废水具有成分复杂、色度高、排放量大、毒性大、可生化性差的特点，染料废水一直是废水处理中的难题。传统水处理方法有物理化学法和生物法。物理化学法是利用物理化学反应，如浮选、吹脱、结晶、吸附、萃取、电解、电渗析、离子交换、反渗透等共同作用分离水中污染物的方法，但并不能完全消除有机污染物，在处理效率、去除效果等方面都存在着严重的缺点；生物法是目前处理污水中应用最久、最广和效果比较好的一种方法。其处理设备和运行管理简单、运行费用低，但处理周期长、设备占用面积大，对有毒的持久性有机污染物难以处理，更可能会在处理污水时导致微生物全部死亡，存在安全隐患而可能导致二次污染等。半导体光催化技术能够降解有效降解污水中的多种有机物，使其彻底矿化，达到理想的处理效果，是非常有应用前景的技术方法。ZnO是目前已知纳米结构中形态最为多样的多功能材料之一，纳米结构ZnO因其特殊的量子尺寸效应、界面效应和量子限制效应,在磁、光、电等方面具备了薄膜材料所不具备的许多优异性。广泛地应用在催化剂、光电子、微电子、磁学和生物学中。因为纳米氧化锌没有毒，能够吸收和散射紫外线，稳定性较高等特点，在光器件、光催化和光电转换等领域也有重要的应用价值【1】。与其他半导体纳米材料相比较，氧化锌纳米材料可以说是一种非常重要的宽禁带半导体材料，室温下能带带隙为3．37eV．激发束缚能高达60meV．显示出近紫外发射、透明导电性和压电性能。使其更适宜应用于室温紫外发光、激光材料和光电子器件等的研究和开发。