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纳米ZnO材料的制备及光电催化降解苯酚溶液的研究

作　者: 郑磊
导　师: 鲁道荣
学　校: 合肥工业大学
专　业: 应用化学
关键词: 纳米ZnO 苯酚 光催化 光电催化 降解率
分类号: X132
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


苯酚是一种对人类危害十分严重而又常见的有机污染物,存在于焦化厂、造纸厂、树脂厂、塑料厂、印染厂、石油化工厂等的工业废水中。本论文选择苯酚作为水中有机污染物的代表性物质,制备的纳米ZnO作为光催化剂,采用光(电)催化技术降解苯酚溶液。本文采用溶胶-凝胶法制备了纳米ZnO粉体,用XRD、TEM、紫外可见吸收光谱对其结构及性能进行研究。结果表明不同焙烧温度条件下制得的ZnO粉体均为六方晶系纤锌矿结构,粒径在19nm-31nm范围之间;该样品在紫外光区(200nm-400nm)有强的吸收峰,吸收阀值在245nm和380nm附近;焙烧温度为650℃制得的纳米ZnO粉体的光催化性能最好。采用自然延流法在玻璃基底上制备的纳米ZnO薄膜,分别以两只40W荧光灯和300W高压汞灯为光源,进行光催化降解苯酚溶液的研究,结果表明:在研究的实验条件下,ZnO薄膜比纳米ZnO粉体的光催化活性强。以两只40W荧光灯为光源,纳米ZnO薄膜光催化降解苯酚的最佳条件为:催化剂加入量0.070g,光照时间90min,苯酚溶液浓度150mg/L;以300W高压汞灯为光源,纳米ZnO薄膜光催化降解苯酚的最佳条件为:催化剂加入量0.050g,苯酚溶液浓度150mg/L,光照时间45min,制备的ZnO薄膜在使用四次后光催化活性基本消失。采用涂覆法制备的纳米ZnO电极,进行光电催化降解苯酚溶液的研究,结果表明:在研究的实验条件下,光电催化反应比电催化反应对苯酚具有更高的降解效率;室温(20℃)下,光电催化降解苯酚溶液的最优化条件为:电压2.0V,支持电解质Na2SO4浓度0.070mol/L,电极间距离0.60cm;苯酚在ZnO电极上的光电催化降解遵循表观一级反应动力学规律。高效液相色谱分析结果表明:光催化降解苯酚溶液的产物有对苯二酚、邻苯二酚、苯醌、顺丁烯二酸和反丁烯二酸等。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-8
致谢  8-14
第一章 绪论  14-22
  1.1 引言  14-15
  1.2 氧化锌的晶体结构  15
  1.3 纳米ZnO 的制备  15-17
    1.3.1 固相法  15
    1.3.2 气相法  15-16
    1.3.3 液相法  16-17
  1.4 光催化及光电催化机理  17-19
    1.4.1 光催化机理  17-18
    1.4.2 光电催化机理  18-19
  1.5 半导体光催化和光电催化降解有机污染物的研究  19-20
    1.5.1 半导体光催化降解有机物废水  19-20
    1.5.2 半导体光电催化降解有机污染物  20
  1.6 本论文研究目的和内容  20-22
第二章 实验试剂、仪器、表征原理和实验内容  22-27
  2.1 主要化学试剂  22
  2.2 主要实验设备  22-23
  2.3 样品的表征方法及性能测试  23-25
    2.3.1 X 射线衍射仪  23
    2.3.2 扫描电镜  23-24
    2.3.3 透射电镜  24
    2.3.4 紫外-可见吸收光谱  24
    2.3.5 光致发光光谱  24-25
    2.3.6 高效液相色谱  25
  2.4 降解苯酚实验  25-27
    2.4.1 光催化实验  25-26
    2.4.2 光电催化实验  26-27
第三章 纳米ZnO 粉体的制备及光催化降解苯酚溶液的研究  27-35
  3.1 引言  27
  3.2 纳米ZnO 粉体的制备  27-28
  3.3 纳米ZnO 粉体的表征  28-31
    3.3.1 X 射线衍射分析  28-29
    3.3.2 透射电镜分析  29-30
    3.3.3 紫外吸收光谱分析  30
    3.3.4 光致发光谱图分析  30-31
  3.4 纳米ZnO 粉体光催化性能研究  31-34
    3.4.1 ZnO 光催化氧化降解机理  31
    3.4.2 光催化反应装置及分析检测方法  31-32
    3.4.3 苯酚浓度标准曲线的绘制  32-33
    3.4.4 纳米ZnO 粉体光催化降解苯酚实验  33-34
  3.5 本章小结  34-35
第四章 纳米ZnO 薄膜的制备及光催化降解苯酚溶液的研究  35-46
  4.1 引言  35
  4.2 纳米ZnO 薄膜制备  35-36
    4.2.1 基底的清洗  35
    4.2.2 纳米ZnO 薄膜的制备  35-36
  4.3 纳米ZnO 薄膜形貌分析  36
  4.4 纳米ZnO 薄膜光催化性能的研究  36-44
    4.4.1 光催化反应装置  36
    4.4.2 光催化实验  36
    4.4.3 荧光灯下ZnO 薄膜光催化降解苯酚实验  36-39
    4.4.4 高压汞灯下ZnO 薄膜光催化降解苯酚实验  39-44
  4.5 本章小结  44-46
第五章 纳米ZnO 电极的制备及光电催化降解苯酚溶液的研究  46-55
  5.1 引言  46
  5.2 纳米ZnO 电极的制备  46-47
    5.2.1 钛片的前处理  46
    5.2.2 纳米ZnO 电极的制备  46-47
    5.2.3 辅助电极的制备  47
  5.3 纳米ZnO 电极光电催化性能的研究  47-53
    5.3.1 ZnO 光电催化机理  47-48
    5.3.2 光电催化反应装置  48
    5.3.3 纳米ZnO 电极电催化和光电催化降解苯酚的对比实验  48-49
    5.3.4 纳米ZnO 电极光电催化降解苯酚的影响因素  49-52
    5.3.5 优化条件下光电催化降解苯酚的动力学研究  52-53
    5.3.6 ZnO 电极的稳定性  53
  5.4 本章小结  53-55
第六章 苯酚降解产物分析  55-59
  6.1 引言  55
  6.2 高效液相色谱法分析苯酚降解产物  55-58
    6.2.1 试样的预处理  55
    6.2.2 高效液相色谱检测条件  55
    6.2.3 苯酚降解产物的高效液相色谱分析  55-57
    6.2.4 苯酚降解反应机理探讨  57-58
  6.3 本章小结  58-59
第七章 结论与展望  59-61
  7.1 结论  59-60
  7.2 展望  60-61
参考文献  61-68
攻读硕士学位期间发表的论文  68-69

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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 环境科学基础理论 > 环境化学 > 环境分析化学
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