微波辅助制备纳米ZnO及其在光催化降解染料废水方面的研究

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ZnO在光催化降解污染物方面具有较好的应用前景。目前有关ZnO合成方法的制备时间较长,而且使用诸如去离子水、无水乙醇、乙二醇等传统溶剂制备的纳米ZnO达不到降解要求。因此,本文优化了纳米ZnO的制备方法,以聚乙二醇400(PEG 400)为溶剂并采用微波辅助共沉淀法制备得到纳米ZnO,以三苯甲烷类染料结晶紫(Crystal violet, CV)和偶氮类染料刚果红(Congo red, CR)为目标污染物,探讨了加热方式、锌源、沉淀剂、碱锌比、PEG 400用量、微波加热温度及煅烧温度等工艺条件对纳米ZnO形貌和光催化降解性能的影响,并研究了光源、催化剂投加量、染液初始浓度、pH值及光照时间对染料降解率的影响。具体结论如下:(1)纳米ZnO制备工艺主要影响因素:不同沉淀剂导致纳米ZnO形貌差异较大,选用NaOH可制得光催化性能较好的棒状纳米ZnO;碱锌比、PEG 400用量对颗粒尺寸具有重要影响,当碱锌比为1:1,PEG 400用量为15 mL时颗粒尺寸最小;煅烧温度影响纳米颗粒的结晶度,当煅烧温度为350℃时纳米ZnO结晶度和光催化性能较好。(2)通过光源、化剂投加量、染液初始浓度、pH值及光照时间对染料降解率影响的研究表明,制备的纳米ZnO具有较好的紫外光催化活性和较宽的pH适应范围;随催化剂投加量的增加,染料的降解率呈现先增大后保持不变的趋势;染料颜色具有的吸光性使染料降解率与染液初始浓度呈反比关系;随光照时间的延长,ZnO对两种染料的降解率快速提高后保持稳定。(3)催化动力学研究表明,ZnO催化降解两种染料符合准一级动力学模型;其催化降解染料的机理为ZnO在波长等于或小于387 nm的紫外光照射后产生电子-空穴对,电子-空穴对与OH-、H2O及溶解氧等反应生成大量·OH,在强氧化剂·OH作用下降解有机污染物。
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