细菌纤维素模板效应制备光催化剂杂化纤维及其光催化性能研究

摘要

纳米科学与技术是当今世界高尖端技术之一，也是研究的热点之一。在纳米材料的研究体系中，纳米ZnO作为一种新型的功能材料无疑是目前纳米材料领域中最重要、最热门的研究对象之一。ZnO由于其具有很多优良的物理性能，因此能够广泛运用于陶瓷、涂料、橡胶以及光电子等领域。在光催化领域ZnO可以作为TiO2的替代品，两者不仅具有与其相似的禁带宽度，而且在一些光催化降解实验中ZnO表现出比TiO2更高的催化活性，这引起了国内外许多学者的研究兴趣。随着研究和应用的深入，传统的纳米ZnO悬浮相光催化剂易失活、易凝聚、难回收的缺点逐渐暴露出来。将催化剂固定化即制备负载型ZnO既可以解决催化剂分离回收的难题，还可以克服悬浮相催化剂稳定性差和容易中毒的缺点。细菌纤维素作为一种环境友好型生物材料参与反应既可实现ZnO纳米材料的绿色合成，又可以解决上述问题。
　　 本文采用水热法和共沉淀法分别制备了ZnO/BC杂化纤维，ZnO/CdS/BC三元杂化纤维。用X射线衍射，扫描电子显微镜，红外吸收光谱，紫外-可见吸收光谱，X射线光电子能谱等方法对其结构进行了分析表征。以紫外灯为光源，甲基橙，亚甲基蓝，罗丹明b这三种染料为目标降解物，以氤灯为光源，甲基橙为目标降解物，分别研究了ZnO/BC杂化纤维，ZnO/CdS/BC杂化纤维的光催化活性。实验结果表明:.通过水热法制备的ZnO/BC杂化纤维上的ZnO直径短，分散性好，长径比均一;通过扫描电子显微镜和热重分析显示ZnO/BC杂化纤维上的ZnO不仅形貌优异，而且负载量高;通过共沉淀法制备的ZnO/CdS/BC三元杂化纤维随着CdS含量的增加，杂化纤维在可见光的吸收增强。光催化降解性能研究表明:在甲基橙，亚甲基蓝，罗丹明b这三种染料溶液初始浓度为20mg/L，催化剂用量为0.1g时，紫外光分别照射90min，18min，60min，染料降解完全。甲基橙初始浓度为20mg/L时，可见光照射180min，ZnO/CdS/BC杂化纤维对染料的降解率达到79％。ZnO/BC杂化纤维循环使用测试说明:其循环使用3次后，依然保持很高的催化活性，显示其具有很大的工业应用潜力。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 半导体光催化原理

1．2 细菌纤维素的介绍及其研究现状

1．3 纳米ZnO的制备方法

1．3．1 微乳液法

1．3．2 电化学沉积法

1．3．3 模板法

1．3．4 溶胶-凝胶法

1．3．5 气相沉积法

1．3．6 固态反应法

1．4 纳米ZnO的研究现状及发展趋势

1．5 本论文的研究目的、内容和意义

2 ZnO／BC杂化纤维的制备与表征

2．1 前言

2．2 实验试剂与仪器

2．3 实验原理

2．4 性能表征与测试方法

2．4．1 X射线粉末衍射(XRD)

2．4．2 扫描电子显微镜(SEM)

2．4．3 紫外可见吸收光谱(UV-Vis)

2．4．4 热重分析(TGA)

2．4．5 X射线光电子能谱(XPS)

2．4．6 傅里叶变换红外光谱(FT-IR)

2．5 一维ZnO／BCF制备

2．5．1 BC的制备

2．5．2 纳米ZnO的制备

2．5．3 杂化纤维的制备

2．6 杂化纤维的表征

2．6．1 X射线粉末衍射(XRD)

2．6．2 扫描电子显微镜(SEM)

2．6．3 热重分析(TGA)

2．6．4 紫外可见吸收光谱(UV-Vis)

2．6．5 傅里叶变换红外光谱(FT-IR)

2．6．6 X射线光电子能谱(XPS)

2．7 本章小结

3 ZnO／CdS／BC三元杂化纤维的制备与表征

3．1 前言

3．2 实验试剂与仪器

3．3 实验原理

3．4 性能表征与测试方法

3．5 ZnO／CdS／BC杂化纤维的制备

3．6 ZnO／CdS／BC杂化纤维的表征

3．6．1 X射线粉末衍射(XRD)

3．6．2 扫描电子显微镜(SEM)

3．6．3 热重分析(TGA)

3．6．4 紫外可见吸收光谱(UV-Vis)

3．6．5 X射线光电子能谱(XPS)

3．7 本章小结

4 杂化纤维的光催化性能测试

4．1 引言

4．2 实验试剂与仪器

4．3 杂化纤维光催化性能评价

4．3．1 纳米ZnO与ZnO／BC杂化纤维的光催化性能对比

4．3．2 ZnO／BC杂化纤维持久性研究

4．3．3 ZnO／CdS／BC杂化纤维光催化性能研究

4．4 本章小结

5 全文结论

5．1 结论

5．2 本文的创新点

5．3 本课题发展趋势

致谢

参考文献