磷酸鋯復(fù)鹽的微波制備和可見光催化印染廢水的應(yīng)用.pdf

1、光催化是一種將太陽光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能和電能的技術(shù)，它可以直接利用太陽光降解水中的各種污染物，具有低成本、無污染、無選擇性和可重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn)。采用光催化技術(shù)降解處理印染廢水是一種簡單便捷的方法。然而，目前常用的光催化劑多為寬禁帶半導(dǎo)體材料，這種催化劑僅在紫外光下具有光催化作用，不能高效利用自然光。針對上述問題，制備可見光光催化劑成為光催化領(lǐng)域的核心問題。本論文運(yùn)用微波輔助加熱法在開放體系下制備磷酸鋯鎳和磷酸鋯錳兩種材料，探究制備磷酸鋯鎳和磷

2、酸鋯錳的最佳原料及工藝條件，以及二者對有機(jī)染料的可見光光催化性能。
　　本文采用了氧氯化鋯、氟化銨、磷酸二氫鈉以及氯化鎳或氯化錳為起始原料，采用多種表面活性劑作為模板劑，在一定的反應(yīng)pH值和溫度等條件下進(jìn)行微波加熱反應(yīng)，制備磷酸鋯鎳和磷酸鋯錳。論文分別探討了磷源、反應(yīng)物比例、反應(yīng)物濃度、反應(yīng)pH值、反應(yīng)溫度以及三種表面活性劑PVP-K30、CTAB和SDS對制備磷酸鋯鎳和磷酸鋯錳的影響。采用XRD、ICP、XPS、SEM（FESE

3、M）、TG和UV-Vis等多種手段對磷酸鋯鎳和磷酸鋯錳的物相、元素含量、元素價(jià)態(tài)、表面形貌、結(jié)晶水含量、帶隙寬度等進(jìn)行表征。
　　以ZrOCl2、NH4F、NaH2PO4和NiCl2為起始原料，反應(yīng)液中[Zr4+]為0.005mol/L，其余反應(yīng)物的濃度以Zr:Ni:F:P=1:1:6:20的比例混合，通過微波加熱法在90℃和常壓條件下反應(yīng)30min，可制備得到線團(tuán)形貌的磷酸鋯鎳。當(dāng)反應(yīng)液中分別加入三種表面活性劑0.59g PVP

4、-K30、0.04g CTAB和0.29g SDS時(shí)，均可制備得到形貌規(guī)則的磷酸鋯鎳。磷源、反應(yīng)pH值、反應(yīng)物比例和反應(yīng)物濃度是影響磷酸鋯鎳制備的重要因素，均決定著是否可以制備得到磷酸鋯鎳。當(dāng)磷源或反應(yīng)pH值改變時(shí)，產(chǎn)物無規(guī)則的形貌。當(dāng)鋯鎳比高于3時(shí)，產(chǎn)物為片球形的混合物。磷鋯比低于10時(shí)，產(chǎn)物無規(guī)則的形貌。氟鋯比高于10時(shí)，產(chǎn)物為磷酸鎳。當(dāng)反應(yīng)物濃度過高，產(chǎn)物為混合物。而反應(yīng)溫度和表面活性劑則影響磷酸鋯鎳的顆粒尺寸和均勻程度，對形貌也

5、略有影響。隨著反應(yīng)溫度升高，磷酸鋯鎳顆粒逐漸生長，形貌逐漸規(guī)整，尺寸大小逐漸均勻。加入表面活性劑后，可以降低產(chǎn)物的顆粒尺寸。其中， PVP-K30和CTAB對顆粒尺寸增長的抑制能力比SDS大。
　　添加PVP-K30、CTAB和SDS作為模板劑有助于制備得到磷酸鋯錳，并且可以得到多種形貌。起始原料ZrOCl2、NH4F、NaH2PO4和MnCl2以Zr:Mn:F:P=1:1:6:20的比例混合，分別加入0.55g PVP-K30、

6、0.04g CTAB或0.29g SDS，在90℃和常壓條件下微波加熱30 min，可制備得到磷酸鋯錳。PVP-K30條件下制備的磷酸鋯錳為片球狀， CTAB條件下制備的磷酸鋯錳為刺球狀，SDS條件下制備的磷酸鋯錳為片球狀。
　　將制備的磷酸鋯鎳和磷酸鋯錳加入模擬印染廢水的一定濃度的羅丹明B（RhB）或亞甲基蘭（MB）兩種染料溶液中，在光催化下反應(yīng)一定時(shí)間，測定最大吸收波長對應(yīng)的吸光度，計(jì)算出染料的脫色率，討論二者在可見光下對有機(jī)

7、污染物的光催化性能。結(jié)果表明：磷酸鋯鎳對MB的可見光光催化效果最高可達(dá)49.0％，磷酸鋯鎳對RhB的可見光光催化效果最高可達(dá)11.3%。磷酸鋯鎳對MB的可見光光催化效果優(yōu)于RhB。這可能是受到染料分子結(jié)構(gòu)的影響，MB分子結(jié)構(gòu)較小，有利于吸附到磷酸鋯鎳上進(jìn)行催化降解反應(yīng)。通過催化機(jī)理討論可知，·OH、h+和·O2-是參與染料降解的活性物質(zhì)，其中·OH是主要活性物質(zhì)。磷酸鋯錳對RhB的可見光光催化效果最高可達(dá)18.0%。研究表明，磷酸鋯鎳和