Ag負(fù)載有序介孔ZnO-SBA15、TiO2-SBA15納米復(fù)合材料的合成及光催化性能研究.pdf

1、社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及工農(nóng)業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大對(duì)人類的生存環(huán)境造成了極大的污染，其中尤其是工業(yè)廢水的排放造成的水資源污染問題越來(lái)越嚴(yán)重，已成為當(dāng)下人類必須面對(duì)和急需解決的問題，因此尋求簡(jiǎn)單高效、經(jīng)濟(jì)且環(huán)境友好的方法來(lái)降解有機(jī)污染物成為環(huán)境治理領(lǐng)域的當(dāng)務(wù)之急。
　　通過光催化劑催化降解有機(jī)污染物的光催化降解技術(shù)是近年來(lái)快速發(fā)展起來(lái)的處理環(huán)境污染的新興技術(shù)。TiO2和ZnO由于具有良好的光電性、化學(xué)性能穩(wěn)定和生物相容性好等優(yōu)點(diǎn)，且能在一定

2、波長(zhǎng)光的激發(fā)下產(chǎn)生活性自由基從而達(dá)到降解環(huán)境中污染物和殺滅細(xì)菌的目的，在處理廢水中的有機(jī)物質(zhì)和微生物抗菌領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛。然而它們?cè)趯?shí)際的應(yīng)用過程中仍然存在以下缺陷:1）由于禁帶寬度較大從而對(duì)可見光基本沒有響應(yīng);2）TiO2和ZnO納米顆粒較小，容易發(fā)生團(tuán)聚以及很難回收，造成二次污染。文獻(xiàn)調(diào)研中我們發(fā)現(xiàn)可以通過對(duì)TiO2和ZnO進(jìn)行適當(dāng)?shù)母男詠?lái)克服上述缺陷:通過摻雜重金屬或稀土金屬來(lái)增強(qiáng)其對(duì)可見光的響應(yīng)性;將它們負(fù)載于多孔材料中可以提高其

3、回收及重復(fù)利用率。
　　介孔分子篩SBA-15作為一種經(jīng)典的介孔材料，具有長(zhǎng)程有序的介孔孔道結(jié)構(gòu)，研究發(fā)現(xiàn)其能更加有效地負(fù)載光催化材料。綜上所述，本文以水熱合成的介孔分子篩SBA-15為載體，通過室溫光照過程摻雜重金屬Ag納米粒子對(duì)負(fù)載型TiO2和ZnO進(jìn)行修飾改性，合成了具有良好光催化性能和抗菌性能的有序介孔Ag/ZnO/SBA-15和Ag/TiO2/SBA-15復(fù)合材料。本論文主要包括三部分內(nèi)容:
　　第一部分主要研究了

4、有序介孔分子篩SBA-15的合成及表征。本文采用了有機(jī)-無(wú)機(jī)二元自組裝的方法合成了有序介孔SBA-15，考察了水熱溫度和攪拌速度對(duì)SBA-15介觀結(jié)構(gòu)的影響。通過XRD、TEM、N2吸附脫附對(duì)合成的SBA-15進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征。結(jié)果顯示合成的樣品均具有典型的二維六方介孔結(jié)構(gòu)，且當(dāng)水熱溫度為130℃、合成攪拌速度為55Orpm時(shí)合成的SBA-15具有超高的比表面積（533m2/g）、較大的孔徑(12nm)和孔容（1.2cm3/g）。
　

5、　第二部分主要介紹了有序介孔復(fù)合材料Ag/ZnO/SBA-15、Ag/TiO2/SBA-15的合成及表征。通過浸漬-焙燒法和化學(xué)沉淀法成功地將ZnO納米顆粒負(fù)載在SBA-15上合成了ZnO/SBA-15，然后通過浸漬-焙燒法將TiO2納米顆粒負(fù)載在SBA-15上合成了TiO2/SBA-15，進(jìn)一步在室溫光照下采用銀氨絡(luò)離子還原摻雜Ag納米粒制備得到有序介孔Ag/ZnO/SBA-15、Ag/TiO2/SBA-15。通過XRD、TEM、ED

6、S和UV-vis對(duì)合成的Ag/ZnO/SBA-15、Ag/TiO2/SBA-15進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征，結(jié)果說明Ag、ZnO、TiO2負(fù)載后的復(fù)合材料仍然保持典型的二維六方介孔結(jié)構(gòu)。一方面SBA-15展示出較好的熱穩(wěn)定性，另一方面介觀有序性的降低和EDS元素分析同時(shí)也證實(shí)我們成功地合成了有序介孔Ag/ZnO/SBA-15、Ag/TiO2/SBA-15納米復(fù)合材料。
　　第三部分主要研究了合成的樣品在高壓汞燈照射下光催化降解有機(jī)染料羅丹明B

7、的光催化性能及其相關(guān)機(jī)理的探討，并初步研究了其抗菌性能。結(jié)果表明:1，以六水合硝酸鋅為前驅(qū)體、焙燒溫度為350℃、Ag和ZnO負(fù)載量均為20％、溶液pH為7時(shí)合成的樣品具有較強(qiáng)的光催化活性，30min時(shí)光降解率高達(dá)95.38％，通過猝滅劑實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)電子(e-)和羥基自由基(·OH)是Ag/ZnO/SBA-15光催化反應(yīng)過程中的主要活性成分;2，以鈦酸四丁酯為前驅(qū)體、焙燒溫度為650℃、Ag和TiO2負(fù)載量均為20％時(shí)合成的樣品具有優(yōu)異的光

8、催化性能，30min時(shí)光催化降解率高達(dá)99.91％，在猝滅劑實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)電子(e-)、空穴(h+)是Ag/TiO2/SBA-15光催化反應(yīng)中的主要活性成分。此外我們通過測(cè)定Ag/ZnO/SBA-15、Ag/TiO2/SBA-15對(duì)細(xì)菌的MIC、MBC以及抑菌圈來(lái)考察樣品的抗菌性能，結(jié)果表明Ag/ZnO/SBA-15、Ag/TiO2/SBA-15對(duì)革蘭氏陽(yáng)性菌金黃色葡萄球菌具有較強(qiáng)的抗菌作用，其MIC分別為1μg/mL、4μg/mL。研究表