Fe掺纳米ZnO及Fe3O4/ZnO的制备及光催化性能研究

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ZnO来源丰富,价格低廉,光催化活性高,具有很高的热稳定性、化学稳定性、无毒以及环保等优点,这些优点使得ZnO在光催化应用中获得越来越多的关注。本论文通过水热合成法制备了Fe掺杂纳米ZnO和Fe3O4/ZnO复合光催化剂,通过XRD、SEM等表征手段进行表征,并验证了其光催化性能与回收利用的情况。(1)确定了制备Fe掺杂纳米ZnO的工艺条件在反应温度为150℃,无水乙醇滴加量为20m L,Fe/Zn掺杂比为0.05,pH=11时光催化性能较优。通过正交试验,得出Fe/Zn掺杂比为0.05,催化剂投加量为1.1g/L,亚甲基蓝废水pH=11,反应时间为150min时,催化剂光催化降解亚甲基蓝的效果最优,达到94.1%。(2)制备的Fe掺杂纳米ZnO均为纤锌矿结构。掺杂的Fe并没有以单独的晶相堆积在晶体表面,而是以Fe3+渗入到ZnO晶格中。样品为片状形貌,其厚度在几十到一百纳米之间,分散性良好,片的长度大约在800nm左右。(3)确定了制备Fe3O4/ZnO复合光催化剂时,Zn2+浓度为0.5mol/L时,光催化降解甲基橙的效率最高,在150min时,降解效率达到86%。测试了制备的Fe3O4/ZnO光催化性能,Zn2+浓度为0.5mol/L时,投加量为0.9g/L时,紫外光照120min、对10mg/L的甲基橙模拟废水降解效率达到最高82%。(4)制备的Fe3O4/ZnO复合光催化剂,随Zn2+浓度的增加,ZnO包裹在Fe3O4表面,复合材料表面粗糙度加大,形成了以ZnO为壳,以Fe3O4为核的核壳结构。(5)通过附加外磁场,证明了所制备的Fe3O4/ZnO复合光催化剂具有良好的磁性,有助于回收利用。通过实验表明,Fe3O4/ZnO复合光催化剂具有良好的回收性能,平均回收率达89.6%,大幅高于ZnO的回收率。同时,通过实验可知,本文所制备的Fe3O4/ZnO复合光催化剂可重复利用多次,在前3次的使用效率较高,比较稳定,Fe3O4/ZnO复合光催化剂具有良好的回收再利用的性能。可大幅降低使用成本,为以后实际应用降低成本作出较大的贡献。
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