ZnFe2O4-TiO2復(fù)合納米管陣列的光催化協(xié)同增益效應(yīng)研究.pdf

1、因二氧化鈦納米管陣列（TONTAs）結(jié)構(gòu)獨(dú)特，相比于納米粉體或任意排列的納米管材料，TONTAs具有更優(yōu)異的光催化效率。但是，TONTAs的帶隙較寬，光吸收范圍較窄，只能吸收紫外光（約占4％的太陽(yáng)光）。鋅鐵氧體（ZFO）納米顆粒帶隙相對(duì)較窄，光吸收范圍寬，不過(guò)其光生電子-空穴對(duì)復(fù)合率較高，光催化效率偏低。因此，為了進(jìn)一步提高TONTAs與ZFO在太陽(yáng)光下的光催化效率，本課題擬采用電化學(xué)陽(yáng)極氧化法、水熱法依次制備TONTAs與ZFO納米顆

2、粒；此后，選用偏壓灌注的方式，將 ZFO納米顆粒灌注入 TONTAs管中，最終制備出ZFO/TONTAs納米復(fù)合材料，并就其光催化性能進(jìn)行了詳細(xì)研究，相關(guān)研究結(jié)果如下所示：
　　(1)采用電化學(xué)陽(yáng)極氧化法，通過(guò)改變氧化電壓、氧化時(shí)間及反應(yīng)介質(zhì)中的含水量，制得具有不同管徑大小的TONTAs。結(jié)果表明，當(dāng)氧化電壓為60 V，氧化時(shí)間為2 h，含水量為9 vol%時(shí)，制得的TONTAs的平均管徑最大，約為180 nm（TONTAs-18

3、0）。將TONTAs-180在不同溫度下進(jìn)行煅燒，隨溫度的升高其物相由無(wú)定型板鈦礦依次向銳鈦礦、金紅石相轉(zhuǎn)變，其中，銳鈦礦與金紅石之間的相轉(zhuǎn)變溫度為800℃。以甲基橙為目標(biāo)降解物，經(jīng)600℃煅燒處理的TONTAs-180，其光催化性能最佳；將0.5 wt%的上述TONTAs-180添加到濃度為20 mg/L甲基橙溶液中，在紫外光下輻照70 min后，甲基橙完全降解。
　　(2)采用水熱法，通過(guò)調(diào)節(jié)反應(yīng)液的pH值，以及乳鐵蛋白（LF

4、）的含量，制備了不同水動(dòng)力直徑的ZFO納米顆粒。結(jié)果表明，在未添加LF的條件下，pH=8時(shí)制備的ZFO納米顆粒，其水動(dòng)力直徑最小，約為45 nm，而pH=10時(shí)制備的ZFO納米顆粒的飽和磁化強(qiáng)度為9 emu/g；LF在控制晶粒尺寸方面，作用不明顯，但能促使ZFO快速成核，并顯著提高其結(jié)晶度，其中，當(dāng)LF添加量為50 mg時(shí)，ZFO的飽和磁化強(qiáng)度為19.9 emu/g。選取甲基橙為目標(biāo)降解物，將0.5 wt%的ZFO納米顆粒添加到濃度為2

5、0 mg/L甲基橙溶液中，并置于紫外光下輻照，發(fā)現(xiàn)LF能顯著提高ZFO的光催化效率，未添加LF制得的ZFO納米顆粒，其需6 h才能將甲基橙完全降解，而添加50 mg LF制得的ZFO納米顆粒，只需4 h便將甲基橙完全降解。在模擬太陽(yáng)光的輻照下，添加50 mg LF制得的ZFO納米顆粒與未添加LF制得的ZFO納米顆粒相比，降解亞甲藍(lán)時(shí)具有更好的光催化活性。
　　(3)采用偏壓灌注方式，通過(guò)改變 ZFO納米顆粒的濃度、灌注電壓的大小及

6、時(shí)間，制備得到了ZFO/TONTAs納米復(fù)合材料。結(jié)果表明，隨著ZFO納米顆粒濃度的增加，管壁明顯增厚，而灌注電壓與灌注時(shí)間對(duì)管壁厚度變化無(wú)明顯作用。其中，當(dāng)灌注電壓為60 V，顆粒濃度為0.025 mg/mL，灌注時(shí)間為1 h時(shí)，制得的ZFO/TONTAs納米復(fù)合材料，未出現(xiàn)管口堵塞現(xiàn)象。以亞甲藍(lán)為目標(biāo)降解物，研究了不同煅燒溫度對(duì)ZFO/TONTAs納米復(fù)合材料光催化性能的影響。同時(shí)，還探討了ZFO納米顆粒、TONTAs及ZFO/TO