納米ZnO基光催化劑制備及光催化降解海洋石油污染研究.pdf

1、隨著科技的不斷發(fā)展,人類加強(qiáng)了對海洋石油的開采和利用,這就不可避免地造成了海洋石油污染。在眾多處理海洋石油污染的技術(shù)中,光催化技術(shù)以其高效、穩(wěn)定、無二次污染而受到了越來越多研究者的青睞。半導(dǎo)體氧化鋅(ZnO)以其寬禁帶寬度等特性而成為一種具有應(yīng)用前景的光催化劑。本論文采用超聲化學(xué)沉淀法和共沉淀法制備了純納米ZnO,然后分別從減少光生電子空穴對復(fù)合和減小催化劑禁帶寬度兩方面對自制納米ZnO改性。最后用偶聯(lián)劑法對制備負(fù)載型Li/ZnO光催化

2、劑,并對該負(fù)載型光催化劑的光催化降解性能進(jìn)行了探討。本論文較為系統(tǒng)地研究了多相光催化技術(shù)光催化降解海洋油類污染物的影響因素,并對光催化動力學(xué)進(jìn)行了研究。本論文的主要研究結(jié)果如下:
　　(1)采用超聲化學(xué)沉淀法制備了納米ZnO,并通過XRD和TEM等技術(shù)手段對其微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了探索,確定了催化劑的晶型、形貌和粒徑。利用自制光催化反應(yīng)器研究了該催化劑在紫外光下對柴油的降解能力及相關(guān)因素對降解性能的影響。實驗結(jié)果表明:所得納米 ZnO屬于

3、六角纖維鋅礦型,結(jié)晶情況較好,平均粒徑為43.3nm;納米 ZnO光催化劑催化降解柴油的最佳反應(yīng)條件為 ZnO投加量1.0g/L、柴油初始濃度1.0g/L、pH值7.0、反應(yīng)時間3h、H2O2濃度0.16%,最佳反應(yīng)條件下,光催化降解率能達(dá)到84%以上。通過極差分析知,五個因素對納米 ZnO光催化氧化降解柴油的影響程度大小排序為:ZnO投加量>反應(yīng)時間>pH值>柴油初始濃度>H2O2濃度。
　　(2)采用超聲化學(xué)沉淀法制備了不同摻

4、雜比的Ag/ZnO,并通過改變煅燒溫度來制備不同的光催化劑。所得Ag/ZnO均為纖維鋅礦屬,結(jié)晶度較高,Ag的摻雜會引起催化劑粒徑的增加。在紫外光下進(jìn)行光催化降解實驗得出以下結(jié)論:ZnO基光催化劑摻雜適量Ag元素后可以改善光催化劑對柴油的光催化性能,并能改善其對pH的敏感度。最佳反應(yīng)條件為催化劑投加量2.0g/L、反應(yīng)時間2.0h、Ag摻雜量1.0at%、煅燒溫度400°C、pH值8.5,在最佳反應(yīng)條件下,光催化降解率能接近80%。通過

5、極差分析知各因素對柴油降解率的影響情況如下:反應(yīng)時間>催化劑投加量> Ag摻雜量≈pH值>煅燒溫度。
　　(3)采用共沉淀法制備了納米ZnO光催化劑,考察了催化劑煅燒溫度、催化劑投加量、柴油初始濃度和pH值對反應(yīng)動力學(xué)的影響,用所得數(shù)據(jù)擬合了一級反應(yīng)和二級反應(yīng)的參數(shù),對光催化反應(yīng)的動力學(xué)過程進(jìn)行分析,認(rèn)為納米 ZnO光催化降解柴油實驗用二級反應(yīng)擬合更為合適。
　　(4)采用共沉淀法制備了不同摻雜比的Li/ZnO,并通過改變煅

6、燒溫度來制備不同的光催化劑。經(jīng)分析知所制備的光催化劑均為纖維鋅礦屬,Li元素已成功摻入ZnO晶體中,且Li的摻雜會引起光催化劑粒徑的增加。在可見光照射下,Li/ZnO光催化劑對柴油的降解能力比純 ZnO對柴油的降解能力強(qiáng),Li元素的摻雜可以較小半導(dǎo)體禁帶寬度,從而使其對光的吸收波長紅移。根據(jù)正交實驗可知最佳反應(yīng)組合為 Li摻雜量為1at%、煅燒溫度為900°C、催化劑投加量為2.5g/L、柴油初始濃度為1.5g/L、pH值為8.25,最

7、佳反應(yīng)條件下,光催化降解率能達(dá)到77%。五個因素對納米 ZnO光催化氧化降解柴油的影響程度大小排序為:煅燒溫度> Li摻雜量≈pH值>柴油初始濃度>催化劑投加量。
　　(5)采用共沉淀法制備了3at%Li/ZnO和純 ZnO光催化劑,超聲化學(xué)沉淀法制備了1at%Ag/ZnO和純 ZnO光催化劑,四種光催化劑粉末都可在太陽光下對柴油進(jìn)行降解,但是其催化性能不盡相同,它們在太陽光下對柴油的降解效果如下:共沉淀法的3at%Li/ZnO>