【摘 要】
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由于我国染料和印染工业的迅速发展,印染废水经济高效的处理已是目前亟待解决的问题之一。由于纳米ZnO尺寸小,催化活性强,重复利用率高,绿色环保,在水处理领域具有广阔的应用
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由于我国染料和印染工业的迅速发展,印染废水经济高效的处理已是目前亟待解决的问题之一。由于纳米ZnO尺寸小,催化活性强,重复利用率高,绿色环保,在水处理领域具有广阔的应用前景。本文选取具有代表性的染料--亚甲基蓝(Methylene blue,MB)为目标污染物,以纳米氧化锌(ZnO)为催化剂,采用光催化技术进行了一系列研究。研究内容和结果如下:(1)将氯化锌与氨水直接反应合成了球状纳米ZnO粉末,通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)进行了表征;在紫外光照下,研究了制备纳米ZnO时的煅烧温度、机械搅拌速度、氨水加入速度、以及纳米ZnO投加量、光催化反应时间、溶液的初始p H值和初始浓度对MB去除率的影响,结果表明:煅烧温度为400℃(此时ZnO形貌为球状与片状混合)、机械搅拌速度为100 r·min-1、氨水加入速度为13 s时,ZnO催化活性最强;当ZnO的投加量为1 g·L-1、溶液的初始浓度为5 mg·L-1、p H为9时,紫外光照射180 min后纳米ZnO对MB最大去除率为93.11%,且循环使用4次对MB的去除率仍达到88.00%;自由基猝灭实验表明空穴是降解MB的主要因素。(2)采用低温水浴法将氯化锌与氢氧化钠反应合成了花簇状纳米ZnO粉末,通过XRD、SEM进行了表征,在相同的实验条件下,进行了光催化降解MB溶液的研究,同时也研究了H2O2、Na2S2O8、HCO3-和CO32-的加入对MB降解效果的影响。结果表明:水浴2 h、水浴温度为45℃、n(OH-)与n(Zn2+)比值为8时,ZnO催化活性最强,当MB溶液的初始浓度为5 mg·Lˉ1、p H为9、催化剂投加量为0.6 g·Lˉ1时,紫外光照射150 min后MB的最大去除率为97.46%,并且循环利用4次后去除率仍能达到89%;H2O2和Na2S2O8的加入对MB的降解有促进作用,而HCO3-和CO32-的加入对MB的降解有抑制作用。(3)利用花簇状纳米ZnO为催化剂,进行了MB的降解动力学研究。结果表明:MB浓度与反应速率呈线性关系,符合一级动力学反应。通过改变催化剂的投加量、MB溶液浓度、MB溶液初始p H因素实验,得到催化剂表面反应速率常数k0为0.45min-1,ZnO吸附平衡常数KZnO为0.06 mg-1·L,MB吸附平衡常数KMB为73.787 mg-1·L,光催化反应速率常数kc为0.034 mg·L-1min-1。相比于球状纳米ZnO,花簇状ZnO催化活性更强,且低温水浴法比直接沉淀法更简单、经济。对工业生产及实际水处理具有一定的参考价值。
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