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锡酸锌的制备及其在冶金炼焦废水处理中的应用

王真星  
【摘要】:伴随工业生产的发展和社会经济的繁荣,工业废水排放量日益增多。由于传统水处理方法存在二次污染、处理成本高等问题,一种绿色的、无毒的、环境友好型的高级氧化法-光催化氧化技术越来越受到研究者的青睐。作为光催化技术核心的光催化剂是研究的焦点。由于传统光催化剂的大规模应用仍存在一些问题,因而探寻高效、稳定的新型光催化剂是目前光催化氧化技术的重要课题。尖晶石型半导体材料作为光催化剂,在降解有机污染物方面表现优异,能够从中选取高活性、稳定的光催化材料。本文在水热法制备Zn_2SnO_4的基础上,采用离子液体辅助水热法成功制得具有规则几何形状的Zn_2SnO_4。水热法、离子液体辅助水热法的最佳制备条件分别为:溶液pH值为9、水热反应时间24 h、水热反应温度180℃;[Emim]BF4添加量为0.5 mmol(即Sn4+:[Emim]BF4=5:1(摩尔比)),离子液体辅助水热过程中溶液pH值为9、水热反应时间32 h、水热反应温度220℃,此时制得的纯净的、结晶最好的、颗粒分散的Zn_2SnO_4样品光催化降解MB的活性也最高。为了进一步提高Zn_2SnO_4的光催化活性,使用石墨烯改性水热法制备Zn_2SnO_4,在水热法制备的Zn_2SnO_4中加入不同量的GO,后经水合肼还原后获得石墨烯/Zn_2SnO_4。结果表明:石墨烯的添加,没有对Zn_2SnO_4的结构和形貌产生影响,且当GO添加量为4 wt%时,光催化活性最高,较纯Zn_2SnO_4有很大提高。对Zn_2SnO_4和石墨烯/Zn_2SnO_4光催化机理的探究表明,?OH是主要的活性氧化物质,存在?OH间接与有机化学染料反应的机制。实验制得的Zn_2SnO_4和石墨烯/Zn_2SnO_4具有优异的光催化稳定性,可重复使用。最后,将实验制备的石墨烯/Zn_2SnO_4光催化剂应用于冶金炼焦废水处理过程中。结果发现,光催化氧化法在处理低浓度冶金炼焦含酚废水方面具有一定的优势,当含酚废水浓度为15 mg/L、溶液pH=3、温度为25℃、石墨烯/Zn_2SnO_4投加量为50 mg、H2O2加入量为0.1 mg/L时,经过3 h的紫外光照射,酚类物质残留率为28.96%。


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