ZnO和Bi2S3两种纳米材料可见光催化降解染料废水的研究

摘要

染料废水产量大，成分复杂，毒性、色度和CODcr高，是难处理的工业废水之一，已经成为了印染行业发展的瓶颈。十三五以来，我国加大了产业调整力度，正逐步取缔了一些规模小、污染严重的染料企业。但是仍然有大量的未经处理的染料废水排放到自然水体中，造成水体溶解氧缺乏，水生生物大量死亡，严重影响了水体自净能力，破坏和污染了水生态系统和土地生态系统，阻碍我国经济发展，危害人民群众的身体健康。开发出有效的染料废水处理技术是对我国经济社会可持续发展的重要保障。
　　传统的染料废水处理方法主要有物理法、化学法、生物法以及组合工艺等。然而目前随着染料废水的处理难度越来越大，污染物质的排放标准越来越高，这些传统的处理方法耗能低效，一般很难达到排放标准。半导体光催化降解染料废水因其高效、无污染且价格低廉成为近年来研究较多，处理效果较好的染料废水处理方法。本文以玫瑰红B和甲基橙(MO)模拟染料废水，以半导体催化剂氧化锌(ZnO)、硫化铋(Bi2S3)和石墨烯相碳化氮(g-C3N4)作为催化剂，采用多种改性手段来增强上述半导体光催化剂的可见光催化活性，对半导体光催化剂可见光催化降解染料废水进行研究，主要的研究内容如下:
　　(1)通过采用简单的水热反应后于400℃煅烧3h的方法制备出正六边形柱状ZnO-Sm纳米颗粒。合成后的ZnO材料用紫外-可见光谱仪(UV-vis)，扫描电子显微镜(SEM)，能谱分析仪(EDX)，傅氏转换红外线光谱分析仪(FTIR)表征。SEM扫描图片显示合成的ZnO材料为柱状正六边形纳米颗粒，且随着Sm的掺杂ZnO纳米颗粒的晶体体积变小，但并未改变ZnO晶体形态。EDX图谱证明Sm成功掺杂进入ZnO晶体。光催化实验显示在可见光照射下2.0at.％ZnO-Sm纳米材料比纯ZnO纳米材料对玫瑰红B（RhB）的降解效果提高了近30％，并探索了最佳实验条件以获得更好的光催化效果。
　　(2)采用简单溶剂热方法成功合成可见光催化剂g-C3N4/Bi2S3。合理地利用X射线衍射(XRD)，傅立叶红外光谱分析仪(FTIR)，场发射扫描电子显微镜(FESEM)，透射电子显微镜(TEM、HRTEM)，紫外可见漫反射光谱(UV-vis DRS)等表征手段对合成的样品进行了表征。与纯g-C3N4和Bi2S3相比，g-C3N4/Bi2S3复合物对MO的可见光催化降解具有更高的降解效率。根据能带分析结果，电子-空穴对的有效分离增强了光催化效率。此外，阐述了g-C3N4/Bi2S3对MO的光催化降解过程以阐明降解机制。

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摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 染料废水来源及特点

1．2 染料废水的处理方法

1．2．1 物理法

1．2．2 化学法

1．2．3 生物法

1．3 氧化锌催化剂

1．4 硫化铋和石墨稀相氮化碳(g-C3N4)复合物催化性

1．5 本课题研究的目的及主要内容

第2章 ZnO-Sm纳米复合物制备及可见光照射下光降解RhB染料

2．1 实验材料与方法

2．1．1 实验试剂和实验仪器

2．1．2 样品制备

2．1．3 样品表征

2．1．4 光催化降解RhB

2．2 结果和讨论

2．2．1 材料形貌和生长机制分析

2．2．2 降解效果分析

2．2．3 光催化机理分析

2．3 小结

第3章 可见光诱导催化剂g-C3N4／Bi2S3的制备及对MO染料的高效降解

3．1 材料与方法

3．1．1 实验材料和仪器

3．1．2 g-C3N4纳米片的合成

3．1．3 合成g-C3N4／Bi2S3纳米复合物

3．1．4 样品表征

3．1．5 光催化活性评价

3．2 结果与讨论

3．2．1 表征

3．2．2 光催化活性分析

3．2．3 g-C3N4／Bi2S3复合物的光催化活性增强机制

3．3 小结

结论

展望

参考文献

致谢

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