wo3zno光催化剂的合成及其降解甲基橙性能的研究
摘要：作为一种先进的氧化技术，光催化氧化法的特点就是分子在吸收特定波长的电磁辐射后，受激发并产生分子激发态，然后发生化学反应生成新的物质，或者变成能够引发热反应的中间化学产物。首先，以脲、磷钨酸和乙酸锌为反应物，微波加热的条件下合成得到了一系列不同三氧化钨(WO3)含量的WO3/ZnO复合光催化剂，在磷钨酸用量较小时，WO3/ZnO中主要以六方晶系的ZnO和少量的ZnWO4存在，增大磷钨酸用量，WO3/ZnO中主要以ZnWO4存在。然后，在不同的光催化反应条件下，以甲基橙作为模拟废水，测试了WO3/ZnO复合光催化剂的降解性能。实验结果表明，磷钨酸用量较小时，合成得到的WO3/ZnO光催化剂的降解性能优于纯ZnO，但磷钨酸用量较大时，合成得到的WO3/ZnO光催化剂的降解性能低于纯ZnO。加入磷钨酸与二水合乙酸锌含量比值为0.005/1时合成得到的催化剂0.5%HPW/ZnO对甲基橙的脱色率最高,达到了87.2%。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言1
1 课题意义和研究概况2
1.1课题的意义2
1.2 国内外研究概况2
2 ZnO光催化降解原理 2
3 材料与方法 2
3.1 材料2
3.1.1试剂2
3.1.2 仪器2
3.2方法3
3.2.1光催化降解反应3
4实验方案3
4.1 实验方法 3
4.2 催化剂结构与表征4
5结果与分析5
5.1 不同磷钨酸含量对脱色率的影响5
5.2不同催化剂用量对脱色率的影响5
5.3 不同甲基橙浓度对脱色率的影响6
5.4不同光源对脱色率的影响7
5.5 不同吸附方式对脱色率的影响7
6结论8
致谢8
参考文献8
WO3/ZnO光催化剂的合成及其降解甲基橙性能的研究
作者 谭杰
引言
引言：生活中和工业生产中会产生许多的具有组成复杂，色度高
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
，生物难降解以及物质浓度高等特点的废水，这样的废水很难降解。目前一般都采用化学絮凝法，活性污泥法和生物膜法等方法来降解。但近几十年里发展起来的光催化氧化技术，因半导体光催化氧化技术具有操作简单、反应条件温和、能耗低及二次污染少等优点,因而在环境治理领域引起广泛关注[1]。ZnO作为一种重要的宽禁带直接带隙半导体材料 ,也是目前光催化材料研究的热点之一, 其制备方法主要有沉淀法、微乳液法、水热法、溶胶凝胶法、气相沉积法等[2]。
1课题意义和研究概况
1.1课题的意义
现在已有的研究表明，人们在光催化反应的原理以及应用方面已经取得了巨大的进步；但是受到技术的局限性与认知水平的局限性, 目前人们对光催化的研究成果还不能够用来指导光催化氧化技术的大规模化应用，所以研究价值极高。
1.2 国内外研究概况
目前对新型光催化材料的研究主要分为两个方面：①通过改变能在紫外光区域产生响应的光催化材料的性能，让其具有可见光响应的特点；②重新研究和设计开发新的具备可见光响应特点的光催化材料。
现在对传统的光催化材料的性能进行改造的主要方法有：
(1)：掺杂改性
非金属的掺杂[3]、稀土元素的参杂[4,5]、金属离子的参杂[6,7,8]。
(2)：复合半导体
利用两种不同半导体的性质互补特点，将两种不同的半导体复合在一起；因为两种不同的半导体具备不同的能级差，利用两种半导体的能级差能有效的分离电荷,促进光生电子和空穴对的分离、转移和传递，达到抑制光生电子和空穴复合的目的。
2 ZnO光催化降解原理
半导体能作为光催化氧化反应的催化剂是由半导体所特有的能带结构决定的。一般情况下是充满电子的低能价带和空的高能导带，价带和导带之间是禁带，实验发现禁带的宽度为3.2 eV。大量的研究证明，当半导体光催化剂受到能量等于或大于禁带宽度的光(λ<388 nm的近紫外光)照射时，半导体价带上的电子会吸收光能，电子会被激发到半导体的导带上，在导带上产生很多带有负电的高活性光电子；最后在半导体的价带上会留下带正电的光生空穴(h+)，所以价带与导带就形成了光生电子空穴对；具有强氧化性的是带正电的空穴，而带负电的高活性电子则表现出强还原性的特点[9]。光催化降解原理具体如下图所示。
图1 ZnO光催化降解原理图
3 材料与方法
3.1 材料
3.1.1试剂
主要使用的试剂如表一所示，所有的试剂均未进一步纯化。
表1 主要试剂一览表
试剂
规格
来源
二水合乙酸锌
AR
广东光华化学厂有限公司
尿素
AR
广东光华科技股份有限公司
磷钨酸（HPW）
AR
南京寿德实验器材有限公司
甲基橙
AR
自配
3.1.2仪器
实验过程中使用的主要仪器如表二所示。其他仪器耗材有：烧杯、量筒、光反应管、一次性注射器、0.22微米滤膜、马弗炉。
表2 主要仪器一览表
仪器
型号
来源
光反应仪
XPA系列
南京胥江机电厂
紫外可见光光度仪
AIpha1506型
上海谱远仪器有限公司
低温恒温槽
CHD0515型
常州博远实验分析仪器厂
微波炉
G70D20CSPD2(S0)型
佛山市顺德区格兰仕微波炉电器有限公司
3.2 方法
3.2.1 光催化降解反应
甲基橙作为一种常用的化学指示剂，其一般为橙黄色，但是在遇酸的情况下会呈现红色。同时甲基橙也是一种偶氮型染料剂，这类染料剂约占全部染料的50%左右。大量已有的实验结果表明，作为一种较难降解的有机物，用甲基橙来作为研究的对象具有一定的代表性[10]。
试验中利用吸光光度计测定出一系列的不同浓度的甲基橙的吸光度，利用吸光度来计算脱色率D。
D = ( A0 At) / A0 ×100 %
A0: 甲基橙溶液的初始吸光度；
At: 光反应不同时间段时甲基橙溶液的吸光度；
4 实验方案
4.1 实验方法
(1)光催化剂的合成
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言1
1 课题意义和研究概况2
1.1课题的意义2
1.2 国内外研究概况2
2 ZnO光催化降解原理 2
3 材料与方法 2
3.1 材料2
3.1.1试剂2
3.1.2 仪器2
3.2方法3
3.2.1光催化降解反应3
4实验方案3
4.1 实验方法 3
4.2 催化剂结构与表征4
5结果与分析5
5.1 不同磷钨酸含量对脱色率的影响5
5.2不同催化剂用量对脱色率的影响5
5.3 不同甲基橙浓度对脱色率的影响6
5.4不同光源对脱色率的影响7
5.5 不同吸附方式对脱色率的影响7
6结论8
致谢8
参考文献8
WO3/ZnO光催化剂的合成及其降解甲基橙性能的研究
作者 谭杰
引言
引言：生活中和工业生产中会产生许多的具有组成复杂，色度高
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
，生物难降解以及物质浓度高等特点的废水，这样的废水很难降解。目前一般都采用化学絮凝法，活性污泥法和生物膜法等方法来降解。但近几十年里发展起来的光催化氧化技术，因半导体光催化氧化技术具有操作简单、反应条件温和、能耗低及二次污染少等优点,因而在环境治理领域引起广泛关注[1]。ZnO作为一种重要的宽禁带直接带隙半导体材料 ,也是目前光催化材料研究的热点之一, 其制备方法主要有沉淀法、微乳液法、水热法、溶胶凝胶法、气相沉积法等[2]。
1课题意义和研究概况
1.1课题的意义
现在已有的研究表明，人们在光催化反应的原理以及应用方面已经取得了巨大的进步；但是受到技术的局限性与认知水平的局限性, 目前人们对光催化的研究成果还不能够用来指导光催化氧化技术的大规模化应用，所以研究价值极高。
1.2 国内外研究概况
目前对新型光催化材料的研究主要分为两个方面：①通过改变能在紫外光区域产生响应的光催化材料的性能，让其具有可见光响应的特点；②重新研究和设计开发新的具备可见光响应特点的光催化材料。
现在对传统的光催化材料的性能进行改造的主要方法有：
(1)：掺杂改性
非金属的掺杂[3]、稀土元素的参杂[4,5]、金属离子的参杂[6,7,8]。
(2)：复合半导体
利用两种不同半导体的性质互补特点，将两种不同的半导体复合在一起；因为两种不同的半导体具备不同的能级差，利用两种半导体的能级差能有效的分离电荷,促进光生电子和空穴对的分离、转移和传递，达到抑制光生电子和空穴复合的目的。
2 ZnO光催化降解原理
半导体能作为光催化氧化反应的催化剂是由半导体所特有的能带结构决定的。一般情况下是充满电子的低能价带和空的高能导带，价带和导带之间是禁带，实验发现禁带的宽度为3.2 eV。大量的研究证明，当半导体光催化剂受到能量等于或大于禁带宽度的光(λ<388 nm的近紫外光)照射时，半导体价带上的电子会吸收光能，电子会被激发到半导体的导带上，在导带上产生很多带有负电的高活性光电子；最后在半导体的价带上会留下带正电的光生空穴(h+)，所以价带与导带就形成了光生电子空穴对；具有强氧化性的是带正电的空穴，而带负电的高活性电子则表现出强还原性的特点[9]。光催化降解原理具体如下图所示。
图1 ZnO光催化降解原理图
3 材料与方法
3.1 材料
3.1.1试剂
主要使用的试剂如表一所示，所有的试剂均未进一步纯化。
表1 主要试剂一览表
试剂
规格
来源
二水合乙酸锌
AR
广东光华化学厂有限公司
尿素
AR
广东光华科技股份有限公司
磷钨酸（HPW）
AR
南京寿德实验器材有限公司
甲基橙
AR
自配
3.1.2仪器
实验过程中使用的主要仪器如表二所示。其他仪器耗材有：烧杯、量筒、光反应管、一次性注射器、0.22微米滤膜、马弗炉。
表2 主要仪器一览表
仪器
型号
来源
光反应仪
XPA系列
南京胥江机电厂
紫外可见光光度仪
AIpha1506型
上海谱远仪器有限公司
低温恒温槽
CHD0515型
常州博远实验分析仪器厂
微波炉
G70D20CSPD2(S0)型
佛山市顺德区格兰仕微波炉电器有限公司
3.2 方法
3.2.1 光催化降解反应
甲基橙作为一种常用的化学指示剂，其一般为橙黄色，但是在遇酸的情况下会呈现红色。同时甲基橙也是一种偶氮型染料剂，这类染料剂约占全部染料的50%左右。大量已有的实验结果表明，作为一种较难降解的有机物，用甲基橙来作为研究的对象具有一定的代表性[10]。
试验中利用吸光光度计测定出一系列的不同浓度的甲基橙的吸光度，利用吸光度来计算脱色率D。
D = ( A0 At) / A0 ×100 %
A0: 甲基橙溶液的初始吸光度；
At: 光反应不同时间段时甲基橙溶液的吸光度；
4 实验方案
4.1 实验方法
(1)光催化剂的合成
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