基于互花米草生物炭的纳米ZnO复合光催化剂构筑及性能研究

来源 :浙江海洋大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wangchun2000
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半导体金属氧化物光催化技术作为一种高效和环保的高级氧化工艺,被认为是治理有机染料废水的有效途径之一,其中Zn O作为第二代半导体光催化剂,具有良好的电子迁移率和稳定性。然而目前大部分纳米Zn O的制备方法成本较高,且依赖化学试剂合成,因此,亟需寻找一种绿色、低成本的合成策略。基于此,本论文利用外来入侵物种互花米草制备提取液,合成纳米Zn O;为了提高光催化剂降解效率,利用互花米草与所制备的纳米Zn O通过一步炭化法制备纳米Zn O生物炭复合光催化剂(Zn O@BC);最后将磁性粒子负载到Zn O@BC表面制备磁性复合光催化剂(FeZn O@BC);然后对纳米Zn O、Zn O@BC、Fe-Zn O@BC三种光催化剂的理化性能进行表征,并分别探讨对孔雀石绿的光催化降解性能。本论文的主要内容和结论如下:1.本论文利用互花米草以溶胶-凝胶法制备纳米Zn O,通过X射线衍射图谱分析表明纳米Zn O成功制备,并采用Scherrer方程计算所制备的纳米Zn O平均粒径尺寸为36.8 nm。利用降解有机染料孔雀石绿(MG)溶液分析所制备的纳米Zn O光催化降解性能,结果表明在反应120 min后纳米Zn O对30 mg/L MG去除率为98.17%,优于Zn O标样。2.为了提高材料光催化降解性能,制备复合光催化剂Zn O@BC,对复合材料进行扫描电子显微镜(SEM)图谱分析发现复合材料中纳米Zn O较均匀地负载在互花米草生物炭上,傅立叶变换红外(FTIR)光谱与紫外-可见漫反射(UV-Vis-DRS)光谱分析表明经过改性后的复合材料不仅具有较多的官能团而且带隙能较窄,这些表征数据表明复合材料具有良好的光催化性能,通过降解实验证实Zn O@BC对200mg/L MG溶液在120 min内去除效率即可达到98.38%。3.为了提高材料可实际利用率,进一步改性制备Fe-Zn O@BC复合光催化剂,通过一系列表征数据显示Fe-Zn O@BC除了具有较好地光催化性能降解实验显示FeZn O@BC对200mg/L MG溶液在120 min内去除效率达到99.14%,振动样品磁强计(VSM)测试证明所制备的复合光催化剂具有良好的铁磁性及稳定性,磁性处理不仅能够进一步保障氧化锌纳米粒子不在使用过程中浸出,且铁磁性使Fe-Zn O@BC在降解结束后有效避免对环境的二次污染。综上所述,本论文为互花米草高值化利用及纳米Zn O合成提供新思路,制备的磁性生物炭复合光催化剂展现出良好的光催化性能,且易回收利用,稳定性较好,可作为一种新型降解有机污染物的光催化剂,在废水治理、环境修复等领域具有广阔的市场前景。
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