【導(dǎo)讀】本文采用溶膠-凝膠法制備ZnO/TiO2復(fù)合光催化劑。以紫外燈為光源，對(duì)有。機(jī)染料羅丹明B進(jìn)行光催化降解實(shí)驗(yàn)研究，考察ZnO/TiO2的光催化性能。過(guò)UV-Vis吸收光譜分析了復(fù)合材料的吸光性能。結(jié)果表明：ZnO與TiO2復(fù)合拓寬。法，得出：摻雜量為%復(fù)合光催化劑催化活性最高。師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加。而使用過(guò)的材料。究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文。不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學(xué)可以將本學(xué)位。印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。設(shè)計(jì)是否有創(chuàng)意？

　　

【正文】 下的催化效果），將催化后的溶液用高壓抽濾裝置將 TiO2除去，取清液用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)定其吸光度 （ A） ，通過(guò)吸光度（ A）計(jì)算降解率（ a） 。 注：在大量的實(shí)驗(yàn)前提下，我們得到這樣一個(gè)結(jié)論 :將加有 TiO2的羅丹明 B 試液光照 60min 后，于高壓抽濾裝置除去催化劑 TiO2之前，因本實(shí)驗(yàn)采用的幾個(gè) um 的有機(jī)濾膜對(duì)羅丹明 B 有強(qiáng)烈的吸附作用，需用純的羅丹明 B 溶液沖洗濾膜，使其達(dá)到吸附平衡，之后再抽濾除去 TiO2方可得到上層清液合理的、正確的吸光度數(shù)據(jù)。 17 結(jié)果與討論 （ 1）光照波長(zhǎng)對(duì)降解率的影響 移取 10mL 濃度為 2?105 mol?L1的 羅丹明 B 試液于稱量瓶中，準(zhǔn)確稱取 TiO2均勻分散在羅丹明 B 中，保證催化劑的量為 10mg?L1， pH=（ 10mg?L1的羅丹明 B 試液 pH=）。將稱量瓶置于紫外燈下照射，以不同光照波長(zhǎng)分別在單波長(zhǎng)、 和雙波長(zhǎng) + 照射 60min（其它條件不變），將處理好的溶液經(jīng)精細(xì)抽濾裝置抽濾后，用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)掃描出 特定條件 下的吸光度A 值，代入公式 12， 計(jì)算出不同光照波長(zhǎng)下的降解率。結(jié)果如圖 216 和 217。500 510 520 530 540 550 560 5700 .10 .20 .30 .40 .50 .60 .70 .80 .91 .0g u a n g z h a o ?? =253. 7nmg u a n g z h a o ?? =365. 0nmg u a n g z h a o ?? =253. 7+365. 0nmA? /nm0 .00 .10 .20 .30 .40 .50 .60 .7ad a n b o ch a n g 2 5 3 . 7 n m d a n b o ch a n g 3 6 5 . 0 n m sh u a n g b o ch a n g 2 5 3 . 7 +36 5 . 0 n m 圖 241 不同光照 波長(zhǎng)下的吸光度 圖 242 不同光照波長(zhǎng)下的降解率 通過(guò)與 10mg/L 的羅丹明 B 試液紫外可見(jiàn)光譜圖相比，由圖 241 可以確定納米TiO2的加入起到了顯著的催化效果，降解率最高可達(dá)到 %，這一點(diǎn)通過(guò)紫外可見(jiàn)圖形中的 A 值也可以直觀的展現(xiàn)出來(lái)。同時(shí)，由圖 242 我們可以看出在單波長(zhǎng)，雙波長(zhǎng)的次之，單波長(zhǎng) ，這是因?yàn)?短波長(zhǎng)的照射 更容易 使 TiO2 價(jià)帶上的電子被激發(fā)到導(dǎo)帶上產(chǎn)生帶負(fù)電的高活性電子e 并在價(jià)帶上產(chǎn)生 帶正電荷的空穴 h+ 形成氧化 還原體系，溶解氧與電子及空穴發(fā)生作用，最終產(chǎn)生具有很強(qiáng)氧化特性的羥基自由基和 O2 ，使有機(jī)物氧化為 CO H2O 等簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物。 (2）光照時(shí)間對(duì)降解率的影響 固定光照波長(zhǎng)為 ，分別在 30min、 45min、 60min、 75min、 90min、 120條件下（其它條件同光照波長(zhǎng)對(duì)降解率的影響），在紫外燈下催化降解，經(jīng)高壓抽濾，紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)試并計(jì)算得圖 218 和 219。 18 500 510 520 530 540 550 560 5700 .20 .40 .60 .81 .01 .21 .41 .6 g u a n g z h a o 3 0 m i n g u a n g z h a o 4 5 m i n g u a n g z h a o 6 0 m i n g u a n g z h a o 7 5 m i n g u a n g z h a o 9 0 m i n g u a n g z h a o 1 2 0 m i nA? /nm20 40 60 80 100 1200 .3 50 .4 00 .4 50 .5 00 .5 5at / m i n 圖 243 不同光照時(shí)間下的吸光度 圖 244 不同光照時(shí)間下的降解率 由圖 243 和 244 可以看出羅丹明 B 的吸光度值隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸變小，降解率卻變大。在時(shí)間延續(xù)的初始階段由于 羥基自由基和 O2的大量積累，降解率又開(kāi)始提高，并在短時(shí)間內(nèi)敘述提高到最大，時(shí)間與降解率幾乎呈近直線的關(guān)系，說(shuō)明降解反應(yīng)達(dá)到一種動(dòng)態(tài)中的平衡；之后，隨著羥基自由基和 O2的大量消耗，時(shí)間延長(zhǎng)而降解率反而顯著減小了，并逐漸又平緩了，是一種過(guò)程的自然趨勢(shì)。 (3）催化劑用 量對(duì)降解率的影響 固定光照時(shí)間為 60min，分別在催化劑用量 1mg、 3mg、 5mg、 10mg、 30mg、 50mg條件下（其它條件同光照時(shí)間對(duì)降解率的影響），在紫外燈下催化降解，經(jīng)高壓抽濾，紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)試并計(jì)算得圖 220 和 221。 19 500 510 520 530 540 550 560 5700 .20 .40 .60 .81 .01 .21 .41 .6 cu i h u a j i 1 m g cu i h u a j i 3 m g cu i h u a j i 5 m g cu i h u a j i 1 0 m g cu i h u a j i 3 0 m g cu i h u a j i 5 0 m gA? /nm0 10 20 30 40 500 .3 20 .3 40 .3 60 .3 80 .4 00 .4 20 .4 40 .4 60 .4 8acu i h u a j i C / m g / L 圖 245 不同催化劑用量下的吸光 圖 246 不同催化劑用量下的降解率 由圖 245和 246可以看出 隨著催化劑投加量的增加 ， 羅丹明 B的降解速率增大 ，當(dāng)催化劑投加量超過(guò) ， 繼續(xù)增加催化劑投加量反而使羅丹明 B 的脫色速率降低 。 原因可能是 : 當(dāng)催化劑的量較少時(shí) ， 大量的羅丹明 B不能充分地與催化劑顆粒接觸 ， 光源產(chǎn)生的光量子不能被充分利用 ； 隨著催化劑用量的增加 ， 光催化活性中心也增多 ， 因而催化效果明顯增加 ； 當(dāng)催化劑增加到一定濃度時(shí) ， 催化劑吸收光量子能力達(dá)到飽和 ， 多余的催化劑反而會(huì)對(duì)光源產(chǎn)生遮蔽作用 ， 從而降低催化劑的光催化效果 ，同樣也造成了光催化劑的浪費(fèi) 。 （ 4） 羅丹明 B溶液的 pH對(duì)降解率的影響 固定光催化加用量為 10mg，分別將 羅丹明 B 液（ 10mg?L1 的羅丹明 B 試液pH=）的酸度調(diào)節(jié)為 pH=、 、 、 、 、 、 條件下（其它條件同催化劑用量對(duì)降解率的影響），在紫外燈下催化降解，經(jīng)高壓抽濾，紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)試并計(jì)算得圖 222 和 223。 20 490 500 510 520 530 540 550 560 570 5800 .20 .40 .60 .81 .01 .21 .41 .61 .82 .02 .2 ra n y e p H =4 . 0 0 ra n y e p H =4 . 5 0 ra n y e p H =5 . 0 0 ra n y e p H =5 . 5 0 ra n y e p H =6 . 0 0 ra n y e p H =6 . 5 0 ra n y e p H =7 . 0 0A? /nm4 .0 4 .5 5 .0 5 .5 6 .0 6 .5 7 .00 .0 00 .0 50 .1 00 .1 50 .2 00 .2 50 .3 00 .3 5ara n y e p H 圖 247 不同染液 pH 下的吸光度 圖 248 不同染液 pH 下的降解率 如上圖所示 ， pH 越高降解率反而越低。這可能是因?yàn)樵诩{米 TiO2催化劑表面形成 HO OH 自由基一般壽命較短，只有在酸度較高的條件下，羅丹明 B 分子才更容易接近催化劑的表面以便被 HO OH 自由基破壞。但降解率的圖形顯示在pH= 處有一峰值，這正是未改變酸度的 羅丹明 B 溶液的 pH，很顯然，改變酸度使羅丹明 B 的結(jié)構(gòu)和性能有了一定變化，這一現(xiàn)象的原因，有待于進(jìn)一步探討。 實(shí)驗(yàn)中采用 羅丹明 B，為了不改變 羅丹明 B 的性質(zhì)，應(yīng)將 羅丹明 B 的酸度控制在 pH= 左右，否則就無(wú)法客觀表征其催化效果。 （ 5） 羅丹明 B 溶液的 初始濃度對(duì)降解率的影響 固定染液 pH 為 ，分別 將 10mg?L1 的羅丹明 B 試液的初始濃度調(diào)節(jié)為pH=2mg/L、 5mg/L、 10mg/L、 20mg/L 條件下（其它條件同催化劑用量對(duì)降解率的影響），在紫外燈下催化降解，經(jīng)高壓抽濾，紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)試并計(jì)算得 圖 224和 225。 21 490 500 510 520 530 540 550 560 570 5800 .10 .20 .30 .40 .50 .60 .70 .80 .91 .01 .1 l u o d a n m i n g B 2 m g / L l u o d a n m i n g B 5 m g / L l u o d a n m i n g B 1 0 m g / L l u o d a n m i n g B 2 0 m g / LA? /nm0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 220 .00 .20 .40 .60 .81 .0al u o d a n m i n g B C / m g / L 圖 249 不同染液初始濃度下的吸光度 圖 2410 不同染液初始濃度下的降解率 隨著羅丹明 B初始濃度由 2mg/L增加到 20mg/L，降解速率會(huì)有所增加，但基于以下 兩點(diǎn)原因： （ 1） 催化劑 ZnO/TiO2可吸附反應(yīng)物中的活性位數(shù)有限； （ 2） 染料濃度過(guò)大， 表層溶液可能對(duì)光線形成遮蔽作用。因而繼續(xù)增大反應(yīng)物濃度，降解速率應(yīng)該有所下降。然而實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻是不斷上升， 這可能是由于剛換濾膜，濾膜對(duì)羅丹明 B液的吸附還沒(méi)有達(dá)到飽和而致。 又因 10mg/L的羅丹明 B降解前后的吸光度適合（ 5mg/L的羅丹明 B液降解效率不高而 20mg/L的羅丹明 B液吸光度太大），故選擇初始濃度為 10mg/L的羅丹明 B液作為做實(shí)驗(yàn)的一個(gè)固定條件。 小結(jié) 由于 羅丹明 B 含有苯環(huán)在一般的條件下很難大量降 解， TiO2 的加入，紫外燈照射環(huán)境的存在，加速了降解過(guò)程，使 羅丹明 B 的降解率大大提高。從 羅丹明 B 的結(jié)構(gòu)式可以看出 NH2 、 COOH 的存在，使其可以與 TiO2 構(gòu)型變化衍生出的 HO O OH 自由基發(fā)生氧化還原反應(yīng)，使酸性品紅最終降解為 CO2 和H2O。 TiO2光催化降解酸 羅丹明 B 的反應(yīng)受各方面因素的影響 [8， 12， 18， 19]，光照波長(zhǎng)、光照時(shí)間， pH、催化劑用量、初始濃度等都不同程度的影響催化劑的降解效果。 上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示當(dāng)選定光照波長(zhǎng)時(shí)，隨著光照時(shí)間的延長(zhǎng)降解率不斷的提高，反映了時(shí)間效益的近 正比例關(guān)系，時(shí)間可以延續(xù)氧化還原反應(yīng)的過(guò)程，但時(shí)間過(guò)長(zhǎng)羥基自由基和 O2的大量消耗，降解率卻反而顯著減小了，最終將影響降解率的大小。與此同時(shí)，時(shí)間對(duì)一般的反應(yīng)都會(huì)有不同程度的影響，因此它不是決定催化過(guò)程的關(guān)鍵因素。 22 pH 的大小左右著 HO O OH 自由基的生存空間和形式，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示 pH 越高降解率越小，說(shuō)明高酸度有利于各自由基的生存，促進(jìn)反映向有機(jī)物降解的方向進(jìn)行。 pH= 時(shí)降解率圖形上有一個(gè)峰值，而 pH= 正是溶液原始酸度值，說(shuō)明外加醋酸和氨水使羅丹明 B 的存在形式有了一定的變化，從而改變 了降解效率。外加醋酸和氨水對(duì)羅丹明 B 的結(jié)構(gòu)和性能的的影響很難檢測(cè)，所以出現(xiàn)這一現(xiàn)象的根本原因有待于進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)和討論。 催化劑用量并不是越高越好，因?yàn)?TiO2 粉體只是混 參在品紅 中，一定的溶液太多的顆粒就會(huì)影響光催化降解的效果，以致干擾能量的傳輸。 g?L1 的催化劑濃度可以帶來(lái)最理想的降解效果。 光照波長(zhǎng)對(duì) 羅丹明 B 的降解進(jìn)程有著關(guān)鍵性的影響，由于實(shí)驗(yàn)條件的制約我們僅用 單波長(zhǎng) 、 和雙波長(zhǎng) + 照射的紫外燈 對(duì) 羅丹明 B進(jìn)行了光催化研究，如圖 241 所示 的催化效果好于 。資料顯示在小于等于 370nm 時(shí)降解率會(huì)很大。由于光催化反應(yīng)復(fù)雜，目前還沒(méi)有統(tǒng)一的合理解釋，因此造成這一現(xiàn)象的原因有待于進(jìn)一步的深入研究探討。 通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)得出的最優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件是在 ，光照時(shí)間 60min，催化劑用量為 g?L1， pH=，初始濃度為 10mg/L時(shí)，純納米 Ti02光催化降解率 為%。 摻雜 ZnO 的納米 TiO2光催化降解羅丹明 B 的性能研究 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 準(zhǔn)確稱取 100mg/L 的羅丹明 B 稀