改性纳米氧化锌的光催化性能研究.doc

1、改性纳米氧化锌的光催化性能研究摘 要：本文考察了光降解时间、亚甲基蓝溶液的 PH 值、亚甲基蓝溶液的初始浓度、催化剂的用量等对亚甲基蓝光催化降解率的影响。实验结果表明，纳米 ZnO 具有荧光性，掺入不同的金属离子能够改变纳米ZnO 对亚甲基蓝溶液的降解效果，其中掺铈纳米 ZnO 降解效果最好；掺铬纳米 ZnO 的降解率最低。 关键词：纳米 ZnO 掺杂 光降解 亚甲基蓝溶液 氧化锌，俗称锌白，属六方晶系纤锌矿结构，白色或浅黄色晶体或粉末，无毒，无臭，系两性氧化物，不溶于水和乙醇，溶解于强酸和强碱，在空气中能吸收二氧化碳和水。ZnO 是具有较大能隙及优良光学性质的 n-型半导体材料，常被用于制备

2、场发射显示器及阴极射线发射装置，光催化材料，紫外半导体激光的发生介质，这些应用主要利用了纳米 ZnO粒子吸收紫外光后发出荧光的特点。所吸收与发出的荧光波长取决于其能隙大小。如何降低纳米氧化锌等材料的制备成本、也是纳米氧化锌能否应用于环境污染物治理的关键因素之一，因此探讨氧化锌的光催化性能具有十分重要的意义。 一、实验试剂和实验装置图 （一）仪器试剂 79-1 磁力加热搅拌器（江苏金坛市中大仪器厂） ；UV751GD 紫外可见分光光度计（重庆医药股份有限公司化玻分公司） ；真空干燥箱（重庆银河试验仪器有限公司） ；高硼紫外线杀菌灯管（ZGZ30W 启东市海联有限公办公司） ；水浴锅；电子天平；马

3、弗炉 乙酸锌、二乙醇胺、四水硫酸铈、硝酸镍、硫酸铬、硝酸铁、无水乙醇、亚甲基蓝均为国产分析纯。 二、纯纳米 ZnO 和掺杂纳米 ZnO 的制备 量取 50ml 无水乙醇置于烧杯中，开始搅拌。称取二水乙酸锌约4.39g（0.02mol） ，搅拌下加入，缓慢滴加二乙醇胺约 2ml。在二乙醇胺溶解之后室温下反应 3h，静置陈化 24h，水浴锅中控制水温在蒸 90，并在烘箱中烘干，再在马弗炉中 150预烧结 2h 后加热至 450热处理3h，备用。 量取 50ml 无水乙醇置于烧杯中，开始搅拌。称取二水乙酸锌约4.39g（0.02mol） ，九水硝酸铁约 0.04g，搅拌下加入，缓慢滴加二乙醇胺约 2

4、ml。在二乙醇胺溶解之后室温下反应 3h，静置陈化 24h，水浴锅中控制水温在蒸 90，并在烘箱中烘干（80-100） ，再在马弗炉中150预烧结 2h 后加热至 450热处理 3h。即得到掺铁纳米 ZnO，备用。 使用上述方法，其中分别加入硝酸铬 0.04g，硝酸镍 0.04g，50%的硝酸锰 0.0178g，硫酸铈 0.0404g，分别制得掺铬、掺铈、掺镍纳米ZnO。 三、纳米 ZnO 催化氧化的影响 （一）纳米 ZnO 用量对降解亚甲基蓝的影响（测得 10mg/l 的初始吸光度为 2.611） 分别量取四份 10mg/L 的亚甲基蓝溶液各 50ml，然后再分别加入0.025g，0.050

5、g，0.075g，0.1g 纳米 ZnO，在搅拌的情况下，用 30W 的紫外灯照射，每隔 0.5h 取一次样，用分光光度计在最大吸收波长 665nm处测定其吸光度值，并计算其降解率，连续记录 4 次。 可以得出的结论是，纳米 ZnO 的用量多少对亚甲基蓝溶液的降解率是有影响的，过多或过少都会抑制其降解率，只有在加入 0.075g 的纳米ZnO 时对亚甲基蓝的降解率达到最佳值。 （二）不同掺杂物的纳米 ZnO 对亚甲基蓝降解率的影响 取四个小烧杯，每个烧杯中分别加入配制好 50ml 浓度为 10mg/l 的亚甲基蓝溶液，再分别称取 0.100g 不同种类的光催化剂样品，其中分别包括纳米 ZnO、

6、掺铈纳米 ZnO、掺铁纳米 ZnO、掺铬纳米 ZnO 等，将四种催化剂分别加入到放有亚甲基蓝液体的小烧杯中，并做好标记，在搅拌的情况下用 30W 的紫外灯照射，每隔 30min 取一次样。用分光光度计在最大吸收波长为 665nm 处测定其吸光度值，并计算其降解率，连续记录4 次。 可以得出的结论是，不同掺杂物的纳米 ZnO 对亚甲基蓝溶液的降解率的影响是不同的，其中纳米 ZnO 中掺入金属铈以后能够促进其对亚甲基蓝溶液的降解率，而掺入金属铁和铬以后则是抑制其的降解率，金属铬的抑制作用更大。 （三）溶液的 pH 对降解率的影响 分别用浓硫酸和氢氧化钠溶液调节浓度为 10mg/L 的亚甲基蓝溶液的

7、pH 值为 3、5、7、9、11，并各取 50ml 不同 pH 值的亚甲基蓝液体，放到烧杯中做好标记，再同时加入 0.1g 纳米 ZnO，在搅拌的情况下，用 30W的紫外灯照射，每隔 0.5h 取一次样。取样后用分光光度计（751GD）在最大吸收波长为 665nm 时测定其吸光度值，并计算其降解率，连续计算4 次。 当纳米 ZnO 在亚甲基蓝溶液的 pH=11 时，对亚甲基蓝溶液的降解率达到最大值。 （四）亚甲基蓝初始浓度对降解率的影响 分别配制 1mg/L，2mg/L，3mg/L，4mg/L，5mg/L 的亚甲基蓝溶液，再分别取 50ml 放入到烧杯中，再同时加入 0.1g 的纳米 ZnO，

8、在搅拌的情况下，用 30W 的紫外灯照射，每隔 0.5h 取一次样，用分光光度计（751GD）在最大吸收波长为 665nm 处测定其吸光度值，并计算其降解率，连续记录 4 次。 可以看出当亚甲基蓝初始浓度不同时，在其他实验条件一致的情况下，纳米 ZnO 对各个溶液的降解率是随浓度的升高而降低的，浓度越大降解率就越小。 （五）时间的影响 量取 10mg/L 的亚甲基蓝溶液 50ml，将其倒入小烧杯中，然后再加入0.1g 纳米 ZnO，在搅拌的情况下，用 30W 的紫外灯照射，每隔 0.5h 取一次样，取样后用分光光度计（751GD）在最大吸收波长 665nm 处测定其吸光度值，并计算其降解率，连

9、续记录 4 次。 可以看出在紫外光灯照射下，纳米 ZnO 对亚甲基蓝溶液的降解率是随时间的推移而递增的，时间越长降解率就越大。可以想象，如果时间足够长的话，降解率是可以无限接近 100%的。 四、结论 （一）随着纳米 ZnO 的量的增加其对亚甲基蓝溶液的降解效果呈抛物线趋势，加入 0.075g 的纳米 ZnO 时对亚甲基蓝的降解率达到最佳值。 （二）制备的掺铈纳米 ZnO 对亚甲基蓝溶液的降解效率高于掺铁、掺铬纳米 ZnO 以及纯的纳米 ZnO。 （三）纳米 ZnO 对溶液的降解率是随浓度的升高而降低的，浓度越大降解率就越小。 （四）pH=11 时亚甲基蓝的降解率最高，并且催化剂在碱性性范围内比在酸性范围内的光催化效果好。 （五）紫外光照射的时间越长，亚甲基蓝的降解率越高。 参考文献 1韩兆慧，赵化侨.半导体多相光催化应用研究进展J.化学进展，1999，11（1）：1-8. 2赵红雁，张敬畅，曹维良.纳米 TiO2 光催化降解苯酚J.石油化工，2003，32（3）：247-250. 3辛显双，等.纳米氧化锌的研究进展J.化学研究与应用.2003，15（5）：603-605.