Ag、Co2+掺杂ZnO中空纤维的制备及其光催化性能

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本论文以棉花纤维为模板制备了ZnO以及Ag和Co2+掺杂的ZnO中空纤维光催化材料,并借助各种分析手段研究了该材料的晶体结构、形貌、光吸收特性及表面结构等。以亚甲基蓝(MB)溶液的脱色降解为模型反应考察了所制备材料的光催化性能。本论文主要包括以下三方面的研究工作:1.采用棉花纤维模板制备ZnO中空纤维材料,利用热重(TG)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见光谱(UV-vis)、红外光谱(IR)和Zeta电位技术对其晶体结构、形貌、光吸收特性及表面结构等进行了表征;以亚甲基蓝(MB)溶液的脱色降解为模型反应,考察了焙烧温度、焙烧时间、Zn(NO3)2溶液的浓度和pH值以及MB溶液的pH值对其催化性能的影响。结果表明:Zn(NO3)2溶液的浓度为0.054mol·L-1和pH值为6.76时640oC焙烧3h制备的ZnO中空纤维,在碱性条件下对MB溶液的催化活性最好;另外,光源和光强也影响ZnO的催化活性。如在300W汞灯下,照射30min即可使MB溶液的脱色降解率在98%以上,重复使用4次仍可保持脱色降解率在95%以上;该材料易于分离、再利用。2.将棉花纤维浸泡在Zn(NO3)2和AgNO3溶液,随后自然干燥焙烧得到Ag/ZnO中空纤维材料。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、光电子能谱(XPS)、红外光谱(IR)和紫外-可见光谱(UV-vis)技术对其晶体结构、形貌、表面结构及光吸收特性等进行了表征;以亚甲基蓝(MB)溶液的脱色降解为模型反应,考察了焙烧温度和Ag掺杂量对其催化性能的影响。结果表明:1.1mol.%Ag掺杂量下640oC焙烧3h制得的Ag/ZnO中空纤维,在500W氙灯下,照射2.5h即可使MB溶液的脱色降解率达97.4%;在太阳光下达92.9%。ZnO和Ag/ZnO中空纤维重复使用5次,都是Ag/ZnO催化活性高于ZnO的,且脱色降解率在86%以上;该材料是一种无能耗、无污染、高活性的绿色环保型光催化材料。3.采用棉花纤维模板制备Co2+掺杂的ZnO中空纤维材料,改善其的光吸收范围,提高太阳光的利用率,或抑制光生电子-空穴的复合,进而提高催化活性。采用X射线衍射(XRD)﹑扫描电子显微镜(SEM)和紫外-可见光谱(UV-vis)技术对其晶体结构、形貌及光吸收特性等进行了表征;以亚甲基蓝(MB)溶液的脱色降解为模型反应,考察了Co2+掺杂量﹑n(Zn2+):n(CA)(CA为柠檬酸)和钴盐对其催化性能的影响。结果表明:Co2+掺杂使ZnO吸收光谱范围进一步向长波长方向拓展,提高了太阳光的利用率。0.05mol.%Co2+掺杂量、n(Zn2+):n(CA)为1:3下640oC焙烧3h所得Co2+/ZnO中空纤维,在太阳光下对MB具有良好的光催化降解效率,2h可以使染料MB的脱色降解率达到99.1%,且可以多次重复使用。
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