稀土掺杂氧化锌纳米材料的制备及其光催化性能研究

摘要

本研究采用高分子网络凝胶法制备了稀土钇、镧分别掺杂的纳米ZnO光催化剂，探讨了丙烯酰胺单体与N，N'-亚甲基双丙烯酰胺网络剂的质量、煅烧温度以及稀土掺入量对ZnO光催化性能的影响。选用同步热分析仪、X射线衍射仪、透射电子显微镜、X射线能谱仪、比表面积与孔隙率分析仪等设备对制得的粉体进行表征。并以活性黄、甲基橙等染料废水为目标降解物，考察制备的纳米ZnO的光催化降解性能。
　　实验结果表明单体与网络剂占醋酸锌溶液质量分别为2％、3％、4％的三个样品中，3％的ZnO的粒径分布最均匀、粒径最小，而且比表面积也最大。此外，分别在650℃、700℃、750℃、800℃下煅烧制得的样品中，随着煅烧温度的升高，ZnO的光催化降解性能先增大后减小，当煅烧温度为700℃时光催化效果最好。因此，纳米ZnO的最佳制备条件为单体与网络剂质量为3％，煅烧温度为700℃，此时ZnO的平均粒径为40～43nm，比表面积为9.08m2/g，对活性黄的1h色度去除率为94.3％。
　　稀土镧、钇的掺入能提升ZnO的光催化性能，使ZnO在粒径分布、比表面积与孔隙率等方面均有改善。其中镧的最佳掺杂量为0.2％，对甲基橙的1h色度去除率高达96.5％，钇的最佳掺杂量为0.23％，对甲基橙的1h色度去除率为94.5％，二者相比于纯ZnO对甲基橙的光催化降解效果分别提高了11.5％和9.5％。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 纳米ZnO的结构及性质

1．2 纳米ZnO的应用

1．3 纳米ZnO的制备方法

1．3．1 固相法

1．3．2 气相法

1．3．3 液相法

1．4 纳米ZnO的光催化机理

1．5 纳米ZnO光催化性能的影响因素

1．5．1 ZnO本身性质对其光催化性能的影响

1．5．2 反应体系对ZnO光催化性能的影响

1．6 光催化性能提高的方法

1．6．1 掺杂改性

1．6．2 表面沉积贵金属

1．6．3 半导体复合

1．7 研究意义与内容

第2章 稀土掺杂纳米ZnO的制备与光催化实验材料与方法

2．1 实验试剂

2．2 实验仪器

2．3 稀土掺杂纳米ZnO光催化剂的制备

2．4 光催化性能实验

2．5 催化剂的表征

第3章 纯纳米ZnO的制备及其光催化性能研究

3．1 纯纳米ZnO的制备

3．2 单体与网络剂质量和煅烧温度对纳米ZnO的影响

3．2．1 单体与网络剂质量对纳米ZnO的影响

3．2．2 煅烧温度对纳米ZnO的影响

3．2．3 纳米ZnO的最佳制备条件

3．3 纳米ZnO的成分分析

3．4 纳米ZnO的光催化性能研究

3．4．1 染料废水初始浓度对光值化性能的影响

3．4．2 催化剂投加量对光催化性能的影响

3．4．3 染料种类对光催化性能的影响

3．5 本章小结

第4章 稀土镧掺杂纳米ZnO的制备及其光催化性能研究

4．1 稀土镧掺杂纳米ZnO的制备

4．2 La-ZnO的结构分析

4．2．1 La-ZnO的XRD表征

4．2．2 La-ZnO的TEM表征

4．2．3 La-ZnO的BET表征

4．3 La-ZnO的成分分析

4．4 La-ZnO的光催化性能研究

4．4．1 镧的掺入量对ZnO光催化性能的影响

4．4．2 最佳掺镧比的La-ZnO对甲基橙的降解

4．5 本章小结

第5章 稀土钇掺杂纳米ZnO的制备及其光催化性能研究

5．1 稀土钇掺杂纳米ZnO的制备

5．2 Y-ZnO的结构分析

5．2．1 Y-ZnO的XRD表征

5．2．2 Y-ZnO的TEM表征

5．2．3 Y-ZnO的BET表征

5．3 Y-ZnO的成分分析

5．4 Y-ZnO的光催化性能研究

5．4．1 钇的掺入量对ZnO光催化性能的影响

5．4．2 最佳掺钇比的Y-ZnO对甲基橙的降解

5．5 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 不足与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

攻读硕士学位期间参加的科研项目