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纳米ZnO复合光催化剂的制备及循环使用

作　者: 齐飞飞
导　师: 李彦生
学　校: 大连交通大学
专　业: 环境科学
关键词: 纳米ZnO/云母复合材料再生失活光催化离子交换
分类号: TQ426.81
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本文采用离子交换法制备纳米ZnO/云母复合材料,用制备的纳米ZnO/云母复合材料在在紫外灯下光催化降解甲基橙溶液,实验过程中采用重铬酸钾法测催化过程前后甲基橙的COD值；利用YQ-Z-48A白度颜色测定仪测定复合材料的白度；利用UV-2102PCS型紫外-可见吸光光度计对反应液进行紫外可见吸光度的测定。本文首先采用硫酸锌溶液(0.5mol/L)与经过预先处理的云母打成浆,然后将浆液缓慢加入强碱性阴树脂(201×7,200mL)中,于60℃水浴锅中恒温搅拌3小时,既得纳米ZnO/云母复合材料。优化合成条件,确定3：8为云母和氧化锌的最佳质量比,对优化反应条件下所制备的纳米ZnO/云母复合材料进行表征,结果表明纳米ZnO包覆在云母片上；X射线衍射分析,制的的纳米ZnO/云母复合材料复合结晶度好；紫外-可见光特性分析表明复合材料比纳米ZnO具有更好的紫外吸收性能,另外,在制备过程中发现复合材料比纳米ZnO有更好的沉降性,与其他固载复合材料相比,本实验制得的复合材料为悬浮型,具有更好的分散性和透光度。采用合成的纳米ZnO/云母复合材料光催化降解甲基橙溶液,催化过程用去离子水(电导1μs/cm,硬度0)和井水(电导360μs/cm,硬度26.88°)去分别配置甲基橙溶液,经对比可知催化剂光催化降解两种水样的脱色率分别为100%和84%,经过查阅文献得到水中无机离子对光催化体系有一定的影响,因此本实验用井水配置模拟水样,这样考虑到了水中无机离子对光催化效果的影响,使得实验更具实际意义。经光催化降解甲基橙后纳米ZnO/云母复合材料失去活性,应用本实验方法对失活的光催化剂进行再生,再生反应柱内,采用锌型阳树脂与强碱性阴树脂,因为锌型树脂可以降低光催化剂在再生过程中的损失,平衡ZnO损失,甚至有新的ZnO生成。通过再生实验,可以发现,经此再生方法再生后的复合材料对甲基橙的脱色率仍为83%,COD的去除率80%,此再生方法对去除纳米光催化剂表面的不牢固吸附和牢固吸附物质都十分有效。此再生方法还可以对失活的纳米ZnO/云母复合材料进行多次再生,每催化一次甲基橙即对纳米ZnO/云母复合材料进行一次再生,再生4次过程中,复合材料对甲基橙的脱色率仍为50%,每克氧化锌对COD的绝对去除量均在0.8克左右。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
绪论  10-12
第一章纳米光催化剂的研究现状  12-29
  1.1 纳米氧化锌的制备方法  12-14
    1.1.1 液相法  12-13
    1.1.2 气相法  13
    1.1.3 固相合成法  13-14
  1.2 纳米ZnO的光催化机理  14
  1.3 影响ZnO光催化性能的环境因素  14-15
    1.3.1 光强  14
    1.3.2 pH值  14-15
    1.3.3 辅助氧化剂  15
  1.4 光催化剂失活的原因  15-17
    1.4.1 反应副产物或中间产物在催化剂表面吸附或积累  15-16
    1.4.2 羟基自由基(·OH)的消耗  16
    1.4.3 晶格氧扩散的影响  16
    1.4.4 吸附水的影响  16-17
    1.4.5 载体的影响  17
    1.4.6 催化剂在贮存时被污染  17
  1.5 研究光催化剂失活的方法  17-20
    1.5.1 红外光谱技术(FTIR)  17-18
    1.5.2 X光电子能谱分析法(XPS)  18-19
    1.5.3 光电压谱技术  19-20
    1.5.4 红外光谱(IR)法  20
    1.5.5 其他方法  20
  1.6 光催化剂的再生方法  20-22
    1.6.1 通入水蒸气或湿空气  20-21
    1.6.2 光再生  21
    1.6.3 化学清洗  21
    1.6.4 高温煅烧  21
    1.6.5 超声波再生  21-22
  1.7 珠光云母的特点和制备方法  22-24
    1.7.1 珠光云母的特点  22
    1.7.2 珠光云母的制备方法  22-24
  1.8 表面修饰技术  24-28
    1.8.1 表面物理修饰法  24-25
    1.8.2 表面化学修饰法  25
    1.8.3 气相沉积法  25-26
    1.8.4 超临界流体快速膨胀法  26
    1.8.5 沉淀法  26-27
    1.8.6 非均匀形核法  27
    1.8.7 机械力化学改性  27
    1.8.8 高能表面改性  27-28
  本章小结  28-29
第二章材料与方法  29-36
  2.1 纳米ZnO/云母复合材料的制备  29-32
    2.1.1 离子交换的基本原理  29
    2.1.2 复合材料的构成和原理  29-30
    2.1.3 制备方法及实验装置  30-32
  2.2 光催化降解过程  32-33
  2.3 光催化剂的再生过程  33-35
    2.3.1 再生方法和装置  33-34
    2.3.2 Zn型树脂的制备  34-35
  本章小结  35-36
第三章结果与讨论  36-56
  3.1 纳米ZnO/云母复合材料的表征  36-46
    3.1.1 云母与ZnO不同质量比条件下所得产物比较  36-37
    3.1.2 扫描电镜分析  37-38
    3.1.3 XRD分析  38-39
    3.1.4 紫外可见吸光度分析  39
    3.1.5 白度分析  39-40
    3.1.6 光催化性能分析  40-46
  3.2 再生分析  46-53
    3.2.1 催化剂的回收与再生  46-47
    3.2.2 催化剂表面污染物的去除机制  47
    3.2.3 单次再生  47-48
    3.2.4 多次再生  48-53
  3.3 再生原理分析  53-54
  3.4 与其他再生方法的比较  54
  本章小结  54-56
结论  56-58
参考文献  58-62
攻读硕士学位期间发表的学术论文  62-63
致谢  63-64

纳米ZnO复合光催化剂的制备及循环使用

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