纳米氧化锌及其复合材料光催化去除水中低浓度氨氮研究

摘要

农业污染造成污水中氨氮超标，过量的氨氮会引起水体富营养化，使藻类大量增殖，对水体生态平衡和人类健康产生严重的危害。本课题制备了ZnO、ZnO-PMMA（基甲基丙烯酸甲酯）和Cu-ZnO-GO（氧化石墨烯）三种光催化材料，研究了催化材料对氨氮废水的去除效果。为纳米半导体光催化治理氨氮废水提供了理论依据。本课题主要从下列方面进行:
　　(1)水热法制备ZnO，考察其光催化去除水中低浓度氨氮的能力，探究了光催化机理。纳米ZnO为六方晶系纤锌矿结构，结晶度好，光催化去除初始浓度为50 mg·L-1的氨氮废水，125 W汞灯365 nm光照作用下，催化剂用量为2.0 g·L-1，pH=10.0，温度30℃，光照4h，氨氮去除率可达64.8％，反应产物大部分为氮气。
　　(2)水热法制备ZnO，通过热粘固法制得ZnO-PMMA复合材料，考察其光催化去除水中低浓度氨氮的能力。在125 W汞灯紫外光照作用下，复合材料ZnO-PMMA去除初始浓度为50 mg·L-1的氨氮废水，催化剂用量为1.0 g·L-1，pH=10.0，温度30℃，光照4h，氨氮去除率可达66％。PMMA与纳米ZnO具有协同效应，提高了分散性和紫外光利用率，材料回收简单，重复利用性好，相同条件下对氨氮的去除率从41％提高到66％。
　　(3)两步水热法制备Cu-ZnO-GO复合材料，考察其光催化去除水中低浓度氨氮的能力。在3盏30W日光灯下，Cu-ZnO-GO去除初始浓度为50 mg·L-1的氨氮废水，催化剂用量为2.0 g·L-1，pH=10.0，温度30℃，光照2h，氨氮去除率可达79.6％，相同条件下ZnO和Cu-ZnO分别为13.3％、48.1％。Cu掺杂拓宽其光响应范围，GO的负载提高了催化性能，为ZnO相关材料处理实际污水中的氨氮提供了必要的基础。

目录

声明

摘要

1．引言

1．1 农业废水污染

1．1．1 氨氮污染

1．1．2 氨氮的降解方法

1．2 光催化氧化技术

1．2．1 ZnO光催化剂简介

1．2．2 纳米ZnO的光催化原理

1．2．3 纳米ZnO的制备方法

1．3 纳米ZnO光催化剂的应用

1．3．1 纳米ZnO的优化

1．3．2 PMMA负载材料简介

1．3．3 石墨烯负载材料简介

2 材料和方法

2．1 实验材料

2．2 实验仪器设备

2．3 实验表征手段

2．3．1 X射线衍射分析

2．3．2 扫描电子显微镜

2．3．3 透射电子显微镜

2．3．4 紫外可见分光光度计

2．3．5 电感耦合等离子体质谱仪

2．4 实验分析方法

2．4．1 氨氮的检测方法

2．4．2 硝酸盐氮的检测方法

2．4．3 亚硝酸盐氮的检测方法

3．纳米ZnO的制备及其光催化去除水中低浓度氨氮研究

3．1 实验目的

3．2 催化剂的制备

3．2．1 ZnO催化剂制备

3．2．2 光催化去除氨氮实验

3．3 结果与讨论

3．3．1 结构分析

3．3．2 ZnO光催化去除低浓度氨氮废水

3．4 本章小结

4．ZnO-PMMA的制备及其光催化去除水中低浓度氨氮研究

4．1 实验目的

4．2 催化剂的制备

4．2．1 ZnO-PMMA催化荆制备

4．2．2 光催化去除氨氮实验

4．3 结果与讨论

4．3．1 结构分析

4．3．2 ZnO-PMMA光催化去除低浓度氨氮废水

4．4 本章小结

5 Cu-ZnO-GO的制备及其光催化去除水中低浓度氨氮研究

5．1 实验目的

5．2 催化剂的制备

5．2．1 Cu-ZnO-GO催化剂制备

5．2．2 光催化去除氨氮实验

5．3 结果与讨论

5．3．1 结构分析

5．3．2 Cu-ZnO-GO光催化去除低浓度氨氮废水

5．4 本章小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 创新点

6．3 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和出版著作情况