纳米ZnO复合光催化剂的制备及光催化性能

龙源期刊网复合光催化剂的制备及光催化性能作者：余宜武来源：《北方环境》2013年第09期摘要：本文采用离子交换法制备纳米ZnO/云母复合材料。用制备的纳米ZnO/云母复合材料在紫外灯下光催化降解甲基橙溶液。实验过程中采用重铬酸钾法测定催化过程前后甲基橙的COD值，通过UV检测确定以该纳米复合材料为催化剂，在不同条件下对甲基橙的光催化降解率。结果表明：甲基橙溶液在pH值在5左右时，光催化降解率最高，H2O2浓度为0.9g/L时，光催化率可达100%，且光催化降解率随纳米复合材料用量增加而增大，以及比较对去离子水和井水配制甲基橙溶液光催化性能。关键词：离子交换；纳米ZnO/云母复合材料；光催化降解；甲基橙中图分类号：文献标识码：A文章编号1007-0370（2013）09-0127-05前言光催化降解是20世纪80年代兴起的一种新型环境污染处理方法，具有节能、高效、污染物彻底降解的优点[1-4]。纳米ZnO因兼有半导体光催化剂的光电效应和纳米材料的量子效应且制备成本较低而备受人们关注。本论文珠光颜料是以云母为基质，在其表面包覆一层高折射率的TiO2等金属氧化物薄膜复合而成。纳米ZnO/云母复合材料是采用具有优良介电和耐酸碱等性能的片状云母为载体。本实验采用自制纳米ZnO/云母复合材料作为光催化剂降解甲基橙，研究了纳米ZnO/云母复合材料用量；去离子水和井水配制的甲基橙溶液；甲基橙溶液的pH值；H2O2浓度等因素对纳米ZnO/云母复合材料光催化性能的影响以及为纳米ZnO/云母复合材料的应用提供实验和理论依据。试验1.1纳米ZnO/云母复合材料的制备1.1.1离子交换的基本原理离子交换反应是可逆反应，但是这种可逆反应并不是在均相溶液中进行的，而是在固态的树脂和溶液的接触界面间发生的。如在含有SO42-的水溶液，通过ROH型离子交换树脂（除了离子交换树脂中交换基团以外的部分，都用符号R表示）时，发生的交换反应为：2ROH+SO42-→R2SO4+2OH-龙源期刊网型树脂，并使它转化为R2SO4型树脂，造成树脂的交换能力减弱，直至失去交换能力。为恢复树脂的交换能力，可用一定浓度的氢氧化钠水溶液通过已失效的树脂层，使树脂由R2SO4型恢复为具有交换能力的ROH型树脂，通常称为再生。其再生反应为：R2Zn+2OH-→2ROH+Zn2+因此，离子交换反应是可逆的，这种反应的可逆性使离子交换树脂可以反复使用。1.1.2复合材料的构成和原理纳米氧化锌/云母复合材料是通过在云母表面镀覆一层纳米氧化锌薄膜，光线入射后，一部分光线被薄膜层表面反射，其余光线穿过膜层照射到云母片表面再被反射，两组反射光线相互发生干涉，而使得到的复合材料的透光性和分散性都得到提高。3结论1）随着纳米ZnO/云母复合材料用量的增加，光催化降解率提高。2）溶液pH值对甲基橙的降解率影响较大，以纳米ZnO/云母复合材料为催化剂光，其催化降解甲基橙的最佳pH为5左右。3）H2O2的加入可显著提高甲基橙的降解率，H2O2的最佳浓度为0.9g/L，过量的H2O2反而会降低降解率。4）井水电导为360μs/cm，硬度为26.88°，去离子水的电导为1μs/cm，硬度为0°，说明井水中含有多种无机离子，这些无机离子会抑制或加速光催化剂的降解速率，溶液中的阴离子主要是与反应物分子在催化剂表面竞争活性位，从而影响反应物在催化剂表面的吸附程度，进而影响反应物的降解速率；而阳离子和反应物的作用通常不是通过竞争吸附位置，而是直接参与溶液中的反应[8]参考文献[1]MAILEFJ，PFAFFfG，REYNDERSP.Effectpigment-past，presentandfuture[J].ProgressinOrganicCoating，2005，54：150-163.[2]李功军，李政民.云母氧化铁珠光颜料的制备[J].涂料工业，2004，34（1）：19-22.[3]NITTAK，SUZUKII.Weatherresistantpearlescentpigment-comprisesbasematerialofmicaflakescoatedwithmetaloxide，andfurthercoatedwithmetaloxidehydrate（s）[P].Japan：Ep342533，1989-05-19.龙源期刊网[4]徐卡秋，戴晓雁.金红石型云母钛珠光颜料的合成研究[J].精细化工，2002，19（4）：227-229.[5]GongXiaofeng（晓峰），LiuChunying（～J春英），ZhuLinhui（祝林惠）.ChineseJournalofLightScattering（光散射学报）[J]，2003，l5（1）：32.[6]KazuhikoMaeda，TsuyoshiTakata，MichikazUHaraeta1.JAmChemSoc[J]，2005，127，8286.[7]SunDezhi（孙德智），YuXiuzhuan（于秀娟），FengYujie（冯玉杰）eta1.High—levelOxidizedTechnologyinEnvironmentEngineering（环境工程中的高级氧化技术[M].Beijing：ChemicalIndustryPress，2002：220.[8]ZHONGXJ，ZHANGL，LIDL，etalDegradationof4-toluenesulfonicacidbyphotocatalysisofnano-TiO2[J].ActaScientiaeCircumstantiae，2007，27（11）：1835-1839.收稿日期：2013-7-4作者简介：余宜武（1985-）男，大学本科，现在苏州市华测检测技术有限公司职业卫生评价中心工作.