氧化锌复合光催化剂合成及其超声辅助染料降解特性研究

来源 :杨任鹏 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cryloves
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中国作为丝绸之路的起点,纺织行业自古以来便是国民经济的支柱产业,然而经济发展的背后也带来了严重的印染废水污染。光催化法作为一种新兴的环保处理技术,具有利用太阳能降解污染物且最终产物无二次污染的优点。前人发现通过ZnO的形貌调控、元素掺杂、半导体复合及表面修饰等方法可以大幅度提高其催化性能。然而,单一的ZnO光催化降解仍旧存在传输效率低、光能利用率低以及催化剂易被光腐蚀等缺点。前人的研究中通常利用臭氧处理、Fenton法、添加H2O2等方法辅助提高对污染物的光催化降解效率。因此,组合处理能够起到取长补短以及耦合协同的作用。超声波氧化是一种可与多种高级氧化技术结合的水处理技术,主要利用机械能传递能量,与光催化氧化有较好的兼容性。因此,本文制备出一系列ZnO复合光催化剂并在超声辅助下降解染料废水,同时探究超声辅助光催化降解的机理,主要内容如下:(1)利用水热法制备出棒状、花状和片状三种形貌的ZnO,并使用一系列表征技术分析其结构与光学性能。当超声辅助后,三种形貌ZnO的降解效率均有所提高。棒状、花状和片状形貌催化剂在超声辅助光催化条件下较单一光照下其降解速率分别提升3倍、1.3倍及1.6倍。同时,它也高于单一光催化与超声催化之和,表明超声与光催化具有协同作用,可以有效提高载流子的迁移效率。(2)制备片状MoS2并与ZnO复合制备ZnO/MoS2复合催化剂。通过XRD、TEM、FTIR、PL、UV-vis等手段分析其结构和光化学性能,同时比较超声辅助下复合催化剂降解效果的差异性。结果表明,MoS2/ZnO复合比例为20%时(m MoS2:m ZnO=0.2)制备出的催化剂性能最佳,超声辅助光催化降解150分钟后达到接近100%的光催化效率(3)对比不同活性炭的负载量对AC/ZnO/MoS2催化剂光催化效率的影响并确定最佳负载量。另外,其结构和光学性也被分析。活性炭的负载改性克服了催化剂难回收的问题。同时,超声辅助光催化降解90分钟后达到接近100%的降解效率,远远高于单一光照条件下的降解效率(90分钟接近70%)。超声辅助光催化降解是一种有效提高光催化效率的措施,通过光催化剂对光能及振动能的双重吸收,在超声波与光能的协同耦合作用下生成远超于单一光照能够产生的活性自由基,为ZnO基光催化的应用提供一种可行的理论基础。
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