表面活性剂辅助撞击流法制备高分散ZnO和ZnO/Ag纳米材料及其性能研究

摘要

本文使用自制的撞击流微反应器结合微波还原，以Zn(NO3)2、NaOH、AgNO3和柠檬酸钠为原材料，在反应过程中添加不同表面活性剂，制备出ZnO和ZnO/Ag纳米材料。着重研究了添加表面活性剂种类及其用量对ZnO和ZnO/Ag纳米材料形貌、粒径、分散性、光催化性及光致发光性能的影响。采用XRD、FTIR、TEM、SEM等测试手段对优选工艺条件下制备产物的物相、组分及微观形貌进行了表征。主要研究内容如下:
　　(1)反应过程中添加曲拉通X-100表面活性剂，系统研究了添加曲拉通X-100浓度对ZnO分散性、光催化和光致发光性能的影响;煅烧温度对ZnO光催化性能的影响;曲拉通X-100浓度对ZnO/Ag形貌、分散性及光催化性能的影响。结果表明:撞击流法是一种连续、高效制备ZnO和ZnO/Ag纳米材料的有效方法，制备过程中添加曲拉通X-100能够提高ZnO和ZnO/Ag纳米材料的分散性和光催化性能，减小粒径尺寸，且不影响ZnO和ZnO/Ag纳米材料的晶格类型。当曲拉通X-100浓度分别为1.2×10-3mol·L-1（水）、1.6×10-3mol·L-1（无水乙醇）和1.6×10-3mol·L-1（环己烷）时，ZnO分散性最好。当曲拉通X-100浓度为1.2×10-3mol·L-1时，ZnO光催化性能最好。煅烧处理会降低ZnO光催化性能。曲拉通X-100浓度为0.6×10-3mol·L-1时，ZnO/Ag光催化性能最好。优选条件下所制备的ZnO为球状，粒径有所减小;ZnO/Ag为类球状，粒径也有所减小。
　　(2)反应过程中添加吐温-60表面活性剂，系统研究了添加吐温-60浓度对ZnO分散性、光催化性能和光致发光性能的影响，吐温-60浓度对ZnO/Ag形貌、分散性及光催化性能的影响。结果表明:制备过程中添加吐温-60能够提高ZnO和ZnO/Ag纳米材料分散性和光催化性能，减少粒子尺寸，且不影响ZnO和ZnO/Ag纳米材料晶格类型。吐温-60浓度为6×10-2g·L-1时，ZnO在水、无水乙醇和环己烷中的分散性最佳且光催化性能最好。当吐温-60浓度为6×10-2g·L-1时ZnO/Ag光催化性能最好。优选条件下所制备的ZnO为球状，粒径有所减小;ZnO/Ag为类球状，粒径也有所减小。
　　(3)反应过程中添加油酸钠表面活性剂，系统研究了添加油酸钠浓度对ZnO分散性、光催化性能和光致发光性能的影响，油酸钠浓度对ZnO/Ag形貌、分散性及光催化性能的影响。结果表明:制备过程中添加油酸钠能够提高ZnO和ZnO/Ag纳米材料分散性和光催化性能，且不影响ZnO和ZnO/Ag纳米材料的晶格类型。当油酸钠浓度分别为3×10-4mol·L-1（水）、2×10-4mol·L-1（无水乙醇）和2×10-4mol·L-1（环己烷）时，ZnO分散性最好，且在3×10-4mol·L-1时所制备ZnO为球状，平均粒径为26.9nm，光催化性能最好。不同油酸钠浓度可得到不同形貌的ZnO/Ag，当油酸钠浓度为3×10-4mol·L-1时ZnO/Ag为球状，平均粒径为100nm，光催化性能最好。
　　(4)反应过程中添加十二烷基硫酸钠表面活性剂，系统研究了添加十二烷基硫酸钠浓度对ZnO分散性、光催化性能和光致发光性能的影响，十二烷基硫酸钠浓度对ZnO/Ag分散性及光催化性能的影响。结果表明:制备过程中添加十二烷基硫酸钠能够提高ZnO和ZnO/Ag纳米材料的分散性和光催化性能，减少粒子尺寸，且不影响ZnO和ZnO/Ag纳米材料的晶格类型。当十二烷基硫酸钠浓度分别为6×10-3mol·L-1（水）、6×10-3mol·L-1（无水乙醇）和3×10-3mol·L-1（环己烷）时，ZnO的分散性最好，且在9×10-3mol·L-1时所制备的ZnO光催化性能最好。当十二烷基硫酸钠浓度为6×10-3mol·L-1时所制备的ZnO/Ag光催化性能最好。优选条件下所制备的ZnO为球状，粒径有所减小;ZnO/Ag为球状和部分片层状或网状，粒径也有所减小。

目录

摘要

第1章 绪论

1．1 纳米ZnO概述

1．1．1 纳米ZnO的性质

1．1．2 纳米ZnO的制备方法

1．1．3 纳米ZnO的应用

1．1．4 纳米ZnO光催化剂的研究

1．1．5 纳米ZnO／Ag复合材料的简介

1．2 表面活性剂的概述

1．2．1 表面活性剂的分类

1．2．2 表面活性剂的性能参数

1．2．3 表面活性剂在纳米材料制备中的作用

1．3 撞击流法概述

1．3．1 撞击流法发展概况

1．3．3 撞击流法基本原理

1．3．3 撞击流法的应用

1．4 课题的选题依据及主要研究内容

1．4．1 选题依据

1．4．2 主要研究内容

1．5 项目来源

第2章 曲拉通X-100表面活性剂对ZnO和ZnO／Ag纳米材料性能的影响

2．1 实验部分

2．1．1 主要原料

2．1．2 主要设备

2．2 实验方法

2．2．1 纳米ZnO的制备方法

2．2．2 纳米ZnO／Ag的制备方法

2．2．3 产物的表征方法

2．3 结果与讨论

2．3．1 曲拉通X-100浓度对纳米ZnO分散性的影响

2．3．2 曲拉通X-100对纳米ZnO性能的影响

2．3．3 曲拉通X-100浓度对ZnO／Ag光催化性能的影响

2．3．4 优选条件下纳米ZnO和ZnO／Ag物相、形貌及粒径的影响

2．4 本章小结

第3章 吐温-60表面活性剂对ZnO和ZnO／Ag纳米材料性能的影响

3．1 实验原料及设备

3．2 实验方法及表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 吐温-60浓度对纳米ZnO分散性的影响

3．3．2 吐温-60对纳米ZnO性能的影响

3．3．3 吐温-60表面活性剂浓度对ZnO／Ag光催化性能的影响

3．3．4 优选条件下纳米ZnO和ZnO／Ag物相、形貌及粒径的影响

3．4 本章小结

第4章 油酸钠表面活性剂对ZnO和ZnO／Ag纳米材料性能的影响

4．1 实验原料及设备

4．2 实验方法及表征

4．3 结果与讨论

4．3．1 油酸钠浓度对纳米ZnO分散性的影响

4．3．2 油酸钠对纳米ZnO性能的影响

4．3．3 油酸钠浓度对ZnO／Ag光催化性能的影响

4．3．4 优选条件下纳米ZnO和ZnO／Ag物相、形貌及粒径的影响

4．4 本章小结

第5章 十二烷基硫酸钠表面活性剂对ZnO和ZnO／Ag纳米材料性能的影响

5．1 实验原料及设备

5．2 实验方法及表征

5．3 结果与讨论

5．3．1 十二烷基硫酸钠浓度对纳米ZnO分散性的影响

5．3．2 十二烷基硫酸钠对纳米ZnO性能的影响

5．3．3 十二烷基硫酸钠浓度对ZnO／Ag光催化性能的影响

5．3．4 优选条件下对纳米ZnO和ZnO／Ag物相、形貌及粒径的影响

5．4 本章小结

第6章 全文总结与展望

6．1 结论

6．2 课题展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文

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