Ag/Ag2O改性ZnO纳米阵列异质结光催化降解甲醛及其在壁纸中的应用研究

来源 :福建农林大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:billdyj
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甲醛是一种常见的化工添加剂,在涂料业、制药业、造纸业中用途广泛,还常用做食物防腐剂、杀菌剂等,由于不达标的排放甲醛液体,会造成水污染。另一方面,室内装修中的人造板,含有大量的脲醛树脂、酚醛树脂等胶黏剂,会释放出大量的甲醛气体,危害身体健康。传统去除甲醛的方法有物理吸附、生物净化技术、膜分离技术等,但这些方法大多以吸附的方式去除甲醛,会造成二次污染,不能从根本上去除甲醛,而光催化方法利用强氧化性的自由基可以对甲醛分子进行完全降解,实现零排放。
  首先,以六水合硝酸锌为锌源,以六亚甲基四胺和二水合草酸为共沉淀剂,采用液相共沉淀法制备多孔氧化锌(ZnO)纳米阵列,然后以ZnO为基底,采用光还原法制备了不同复合摩尔比的Ag/ZnO光催化剂,研究了其对液体甲醛的吸附及其光催化降解效果。结果表明,经过30 min的暗吸附,催化剂对甲醛的吸附基本达到饱和状态,且随着 ZnO 表面纳米银负载量的增加,复合催化剂对甲醛的吸附量增加,AgNO3和ZnO以1:10的摩尔比复合(Ag/ZnO-2)时对甲醛的去除率为52.71%,而纯ZnO对甲醛的去除率仅为31.6%,打开紫外光光源后经过90 min的光催化降解作用,发现所有复合光催化剂对甲醛的光催化降解作用均高于纯ZnO,其中Ag/ZnO-2对甲醛的降解率最高,达到96.98%。因此,在ZnO表面负载纳米银后,纳米银在很大程度上抑制了光生电子和空穴的复合率,从而提高了光催化性能,但是仍然不能将光催化响应范围拓展到可见光范围。
  为了实现在可见光下对甲醛的光催化降解,采用异质结复合法,在保留ZnO多孔结构的基础上,采用物理复合法将制备的多孔ZnO纳米阵列和窄带隙能的 Ag2O 半导体复合,制备不同摩尔比的Ag2O/ZnO光催化剂。结果表明,经过30 min对甲醛溶液的暗吸附作用,纯ZnO及其与Ag2O不同摩尔比复合的光催化剂(2:1、5:1、10:1、20:1)对甲醛的吸附率分别为 1.23%、13.68%、30.08%、43.34%和17.01%,这与多孔 ZnO 光催化剂丰富的比表面积有关,且复合光催化剂的吸附效果都高于空白ZnO,并且打开可见光光照90 min后,复合光催化剂对甲醛的光催化降解效果均优于空白ZnO,同时光催化降解甲醛的效果随着 Ag2O 负载量的增加出现先增加后降低的趋势,其中ZnO和Ag2O复合摩尔比为10:1时取得最佳光催化降解效果,对ZnO的光催化降解率为81.6%,且制备的复合光催化剂有着很好的催化稳定性,经过5次光催化重复试验后对甲醛的去除率都在80%以上。
  最后,将制备的Ag2O/ZnO复合光催化剂分别取不同的用量涂覆于壁纸原纸上(负载量分别为1 g/m2、2 g/m2、5 g/m2、10 g/m2),并置于自主设置的甲醛气体实验装置中,在实验装置中加入25 μL浓度为100 mg/L的甲醛溶液,挥发成气体甲醛。分别探究不同的光催化剂负载量,ZnO和Ag2O的不同摩尔复合比及不同湿度环境对光催化降解效果的影响,实验结果发现:ZnO和Ag2O摩尔比为5:1的光催化剂,负载量为5 g/m2,涂覆于壁纸原纸上,在40%的湿度环境下具有最佳光催化降解气体甲醛的效果。经过3.6 h可见光光照,甲醛气体的降解率接近100%。总的来说,上述实验中所制备的光催化剂对甲醛气体都有着很好的光降解效果,为开发具有光降解甲醛的高效多功能壁纸奠定一定的基础。
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