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借鉴传统的氨浸法氧化锌生产工艺优点,通过优化工艺条件制备了低团聚且粒度分布均匀的纳米ZnO粉体。并在此基础上采用半导体WO3、V2O5复合与掺杂贵金属Ag等手段对其进行了改性,分别制得低团聚纳米WO3/ZnO、V2O5/ZnO和Ag-V2Os/ZnO光催化剂。利用透射电子显微镜、X射线衍射、N2吸附、X射线光电子能谱和紫外-可见漫反射光谱等方法对所得催化剂的形貌和颗粒尺寸、晶型结构、比表面积、表面组成和光吸收性能等进行了分析表征。以壬基酚聚氧乙烯醚(NPE-10)为模型污染物,分别在紫外光和可见光照射下考察了纳米ZnO及其复合物的光催化活性。
通过正交试验和方差分析考察了制备条件对所得纳米ZnO粉体团聚状况的影响,以堆密度作为评价指标。结果表明,优化工艺参数为:n(氧化锌):n(碳酸氢铵):n(氨水)=1:1.4:3,氨水质量分数为20%,搅拌时间为1h,由此得到了堆密度为0.208g/ml,比表面积为101.1m2/g的粒度分布均匀、低团聚,平均颗粒尺寸为10nm的球状纳米ZnO粉体。在催化剂用量为0.5g/L,对NPE-10有较好的光催化降解性能,紫外光照6h NPE-10的降解率可以达到76%。
用半导体WO3对纳米ZnO改性研究表明,在300℃煅烧条件下,W以W6+形态存在。XRD和BET结果表明,纳米WO3/ZnO晶粒尺寸随WO3添加量增加而减小,比表面积增大;TEM图像显示,不同WO3添加量的WO3/ZnO样品均为低团聚的球形纳米颗粒,平均颗粒尺寸小于20nm。与ZnO相比,2%WO3/ZnO样品中W4f结合能减小,而Zn2p和O1s结合能增大,表面的羟基氧和吸附氧含量增加;加入WO3可以改变ZnO的能带隙,在可见光区出现WO3表面态跃迁的共振吸收峰,增强了其对可见光的吸收。
用半导体V205对纳米ZnO改性研究表明,在300℃煅烧条件下,V以V5+和V4+两种形态存在。XRD和BET结果表明,纳米V2O5/ZnO晶粒尺寸随V2O5添加量增加而减小,比表面积增大;TEM图像显示,不同V2O5添加量的V2O5/ZnO样品均为低团聚的球形纳米颗粒,平均颗粒尺寸约10nm。与ZnO相比,2.5%V2O5/ZnO样品中V2p结合能减小,而Zn2p和O1s结合能增大,表面的羟基氧和吸附氧含量增加;加入V2O5可以改变ZnO的能带隙,在可见光区出现V205的八面体配位钒的电荷转移跃迁共振吸收峰,增强了其对可见光的吸收。
用贵金属Ag对纳米2.5%V2O5/ZnO改性研究表明,在300℃煅烧条件下,Ag以Ag0形态存在。XRD和BET结果表明,纳米Ag-V2O5/ZnO晶粒尺寸随Ag负载量的增加而增大,比表面积减小;TEM图像显示,不同Ag负载量的Ag-V2O5/ZnO样品均为低团聚的球形纳米颗粒,平均颗粒尺寸约20nm。与V2O5/ZnO相比,0.5%Ag-V2O5/ZnO样品中Ag3d结合能减小,而Zn2p、V2p和Ols结合能增大,Ag-V2O5/ZnO表面的羟基氧和吸附氧含量增加;在可见光区出现Ag纳米粒子的表面等离子体共振吸收峰,增强了其对可见光的吸收对NPE-10的光催化降解性能研究表明:催化剂用量为0.5g/L时,在紫外光和可见光照射3h后,与ZnO相比,2%WO3/ZnO能使降解率提高28%和40%;2.5%V2O5/ZnO能使降解率提高30%和55%;0.5%Ag-V2O5/ZnO能使降解率提高57%和99%。