【摘 要】
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近些年来,科学技术以及工业化进程的加快,能源稀缺以及环境污染问题已经严重影响到了我们的日常生活,受到了国内研究学者的广泛关注。我国的能源动力主要是煤炭,但煤炭的开采率逐年下降,无法正常满足我国的能源需求,另外化石能源的燃烧有害污染物也随之产生以及工厂废水的排放对土壤、水源和空气造成了不可估量的污染,使得我们赖以生存的生态环境受到了极大威胁,因此解决能源及环境问题是目前国内的重大挑战。光催化氧化技术
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近些年来,科学技术以及工业化进程的加快,能源稀缺以及环境污染问题已经严重影响到了我们的日常生活,受到了国内研究学者的广泛关注。我国的能源动力主要是煤炭,但煤炭的开采率逐年下降,无法正常满足我国的能源需求,另外化石能源的燃烧有害污染物也随之产生以及工厂废水的排放对土壤、水源和空气造成了不可估量的污染,使得我们赖以生存的生态环境受到了极大威胁,因此解决能源及环境问题是目前国内的重大挑战。光催化氧化技术作用机理是半导体吸收光后,部分光生电子和空穴迁移到材料表面生成具有强氧化性的羟基自由基和超氧自由基,进而氧化污染物。因光催化技术反应条件温和、无二次污染、价格低廉且高效稳定等优点受到了国内外学者广泛的关注。光催化技术中最重要的一个环节就是光催化材料的选取与制备,ZnO因其具有较高的量子效率、稳定且无毒成为了目前研究最为广泛的光催化材料之一,具有很好的研究价值和应用前景。本文主要围绕纳米ZnO展开论述,通过对纳米ZnO改性,半导体复合制备出高效且稳定的光催化剂,考察复合催化剂的制备影响因素,模拟有机废水环境进行光催化降解,探索最佳的降解条件并测试催化剂的稳定性,围绕以上内容,主要开展了以下几个方面的工作:(1)采用水热反应法制备ZnO,并通过XRD和SEM表征对ZnO的微观结构进行分析,确定了所合成的ZnO的晶型为六方纤锌矿结构,且多为棒状,均匀性良好。在ZnO的合成基础上,以乙二醇为还原剂利用溶剂热法对ZnO进行溶剂热处理,从而在ZnO的表面引入氧空位,并探索反应温度对所合成的光催化剂的影响,通过UV-Vis DRS、EPR、电化学测试等探索最佳的反应温度,并和单纯ZnO作比较,研究氧空位的引入对ZnO光催化性能的改变。通过光催化降解实验得出在反应温度为160℃时经乙二醇改性所合成的ZnO氧空位最多,并且其光催化性能最佳。(2)在ZnO的合成基础上,通过简单的溶液洗涤法将Ce O2负载到ZnO的表面构筑异质结光催化剂Ce O2/ZnO,同时Ce O2的引入也在催化剂的表面引入了氧空位。探究Ce O2负载量的不同对ZnO光催化降解活性的影响,经实验得知:Ce O2/ZnO复合光催化剂相比于单纯ZnO和Ce O2催化效果明显提升,并且随着Ce O2负载量的增加,复合催化剂的光催化效率先增大后减小。Ce/Zn-2光催化效率最高,在可见光及全光谱光照下降解Rh B的效率分别可以达到47%和86%。由此可以说明适量Ce O2的引入可以明显提高ZnO催化剂的催化效果。另外在复合材料的合成基础上,对复合材料进行硫化处理,并以其作为光催化剂进行光解水产氢实验,测试催化剂的产氢性能,比较不同硫化复合材料的产氢性能差异。
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