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《河北大学》 2004年
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纳米ZnO和TiO_2-ZnO复合材料的合成、结构分析及其光催化性能

张绍岩  
【摘要】:纳米材料由于其量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和界面效应等特性使得它具有一系列优异的电、磁、光、力学和化学等宏观效应。尤其在光催化、光电转换这一具有挑战性的领域,纳米半导体材料更将显示出它无与伦比的优势。本文对纳米ZnO和TiO_2为代表的纳米半导体光催化材料的应用及研究进行了综合性评述,并详细研究了纳米ZnO和纳米TiO-2-ZnO复合材料的制备过程及光催化降解染料中的应用。主要包括两部分研究内容: 首先以ZnSO_4·7H_2O为主要原料,采用直接沉淀法、水热法、均相沉淀法三种方法合成了纳米ZnO,并运用了XRD、TEM、SEM、TG-DTA、FTIR等测试手段对其进行了分析和表征。实验发现:采用三种方法均能制得纳米级的产物,其中直接沉淀法操作简单易行,产物粒径明显小于水热法和均相沉淀法:紫外-可见光吸收性能也优于另外两种方法制得的产物。同时实验发现:超声处理或乙醇处理可以明显减小样品的团聚程度,从而改善产物的紫外-可见光吸收性能和光催化性能。以自制的纳米ZnO作为光催化剂,在日光下对酸性红4BE等六种有机染料进行光催化降解,实验表明纳米ZnO对酸性红4BE、酸性黑234、藏蓝可完全降解,对酸性黑210、品红、酸性红B染料溶液的降解率及相应的COD_(Cr)去除率也可达到90%以上。在对高分子材料改性研究中发现:添加适量的纳米ZnO可提高聚乙烯的抗老化能力和力学性能,对聚乙烯有明显的改性作用。 另外针对单一的纳米半导体光催化剂的缺点,我们将纳米TiO_2与纳米ZnO进行复合,以TiCl_4、ZnSO_4·7 H_2O为原料,采用微波技术合成出了一系列纳米TiO_2-ZnO复合材料,并运用XRD、TEM、EDS、FTIR等手段研究了复合氧化物的形成过程、纳米晶的物相结构、微观形貌、粒度大小、组分均匀性等。研究表明:该复合材料既可以避免纯ZnO易被酸、碱溶解的缺点,又可以提高纳米TiO_2的光谱响应和太阳光的利用率,操作简洁,对藏蓝等多种染料及工业废水均有一定的降解效果。实验中对其动力学进行研究发现该光催化反应符合一级动力学方程。
【学位授予单位】:河北大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TB383;O643.3

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