纳米ZnO基光化剂制备及光催化降解海洋石油污染研究.pdf

Preparation of ZnO-based photocatalysts and its application in marine oil pollution Thesis Submitted to Dalian Ocean University In partial fulfillment of the requirement For the degree of Master of Science By Dongdong Hu Thesis Supervisor: Prof. Xiaocai Yu June,2013 摘要 摘要 随着科技的不断发展，人类加强了对海洋石油的开采和利用，这就不可避免地造成了 海洋石油污染。在众多处理海洋石油污染的技术中，光催化技术以其高效、稳定、无二次 污染而受到了越来越多研究者的青睐。半导体氧化锌(ZnO) 以其宽禁带宽度等特性而成为 一种具有应用前景的光催化剂。本论文采用超声化学沉淀法和共沉淀法制备了纯纳米ZnO ， 然后分别从减少光生电子空穴对复合和减小催化剂禁带宽度两方面对自制纳米 ZnO 改性。 最后用偶联剂法对制备负载型 Li/ZnO 光催化剂，并对该负载型光催化剂的光催化降解性 能进行了探讨。本论文较为系统地研究了多相光催化技术光催化降解海洋油类污染物的影 响因素，并对光催化动力学进行了研究。本论文的主要研究结果如下： （1）采用超声化学沉淀法制备了纳米ZnO ，并通过 XRD 和 TEM 等技术手段对其微 观结构进行了探索，确定了催化剂的晶型、形貌和粒径。利用自制光催化反应器研究了该 催化剂在紫外光下对柴油的降解能力及相关因素对降解性能的影响。实验结果表明：所得 纳米 ZnO 属于六角纤维锌矿型，结晶情况较好，平均粒径为 43.3nm ；纳米ZnO 光催化剂 催化降解柴油的最佳反应条件为 ZnO 投加量 1.0g/L、柴油初始浓度 1.0g/L、pH 值 7.0、反 应时间 3h、H O 浓度 0.16%，最佳反应条件下，光催化降解率能达到 84% 以上。通过极差 2 2 分析知，五个因素对纳米 ZnO 光催化氧化降解柴油的影响程度大小排序为：ZnO 投加量 反应时间pH 值柴油初始浓度H O 浓度。 2 2 （2 ）采用超声化学沉淀法制备了不同掺杂比的Ag/ZnO ，并通过改变煅烧温度来制备 不同的光催化剂。所得 Ag/ZnO 均为纤维锌矿属，结晶度较高，Ag 的掺杂会引起催化剂粒 径的增加。在紫外光下进行光催化降解实验得出以下结论：ZnO 基光催化剂掺杂适量 Ag 元素后可以改善光催化剂对柴油的光催化性能，并能改善其对 pH 的敏感度。最佳反应条 件为催化剂投加量 2.0g/L、反应时间2.0h 、Ag 掺杂量 1.0 at%、煅烧温度400°C 、pH 值 8.5， 在最佳反应条件下，光催化降解率能接近 80%。通过极差分析知各因素对柴油降解率的影 响情况如下：反应时间 催化剂投加量 Ag 掺杂量 ≈ pH 值 煅烧温度。 （3 ）采用共沉淀法制备了纳米 ZnO 光催化剂，考察了催化剂煅烧温度、催化剂投加 量、柴油初始浓度和 pH 值对反应动力学的影响，用所得数据拟合了一级反应和二级反应 的参数，对光催化反应的动力学过程进行分析，认为纳米 ZnO 光催化降解柴油实验用二级 反应拟合更为合适。 （4 ）采用共沉淀法制备了不同掺杂比的 Li/ZnO ，并通过改变煅烧温度来制备不同的 光催化剂。经分析知所制备的光催化剂均为纤维锌矿属，Li 元素已成功掺入 ZnO 晶体中， 且 Li 的掺杂会引起光催化剂粒径的增加。在可见光照射下，Li/Zn