论文部分内容阅读
本文以多壁碳纳米管(MWCNTs)为载体,用水热法合成催化剂ZnFe2O4/MWCNTs,并运用X射线衍射仪(XRD)、红外光谱仪(FT-IR)、透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见分光光度计(UV-Vis)、比表面积测定仪(BET)等仪器对催化剂进行了表征。XRD表明,在180℃,12 h的条件下成功制得尖晶石型ZnFe2O4,以MWCNTs为载体制备出更小粒径的ZnFe2O4。红外光谱表明,400 - 600 cm-1处存在ZnFe2O4的Zn-O四面体和Fe-O八面体的红外特征振动;浓H2SO4/HNO3能在MWCNTs表面引入大量的-OH、-C=O、-COOH,增强其对溶液中阳离子的吸附作用和其在水溶液中的分散性,有利于负载ZnFe2O4。TEM表明,当MWCNTs与ZnFe2O4的质量比为5 %,ZnFe2O4负载在MWCNTs表面上的分散效果比较好。MWCNTs的引入提高了ZnFe2O4的可见光利用率和BET值。选取亚甲基蓝(Methylene blue,MB)为模拟染料废水进行可见光催化实验,研究了ZnFe2O4/MWCNTs对MB的光催化效果,考察MB初始质量浓度、H2O2用量、催化剂用量、MWCNTs与ZnFe2O4的质量比、光催化时间等因素对光催化效率的影响,并探讨了可见光下ZnFe2O4/MWCNTs光催化降解MB的动力学过程。实验结果表明:当MB的初始质量浓度为10 mg/L时,催化剂用量1.00 g/L,MWCNTs与ZnFe2O4的质量比为0.8 % (ZnFe2O4/MWCNTs-0.8),H2O2与MB的体积比为2.0 %,6 h后MB的降解率达99 %。同时对该降解反应中亚甲基蓝初始和最终的总有机碳值(TOC)测定表明,亚甲基蓝矿化率达90 %。ZnFe2O4/MWCNTs-0.8与H2O2在可见光照射下光催化降解MB的效果远远好于相同条件下ZnFe2O4的效果,且ZnFe2O4/MWCNTs-0.8具有很好的催化稳定性,经过3次重复使用后仍然具有一定的光催化特性。选择ZnFe2O4/MWCNTs-0.8为代表,初步探讨了ZnFe2O4/MWCNTs可见光下降解MB的机理。对催化剂的Zeta电位、荧光发射光谱和体系中羟基自由基的含量进行了测试。结果表明,ZnFe2O4/MWCNTs-0.8的等电点为6.5,在实验溶液pH = 7.0的条件下带负电荷,利于吸附MB阳离子染料。ZnFe2O4/MWCNTs-0.8的荧光发射光谱较ZnFe2O4的低,表明MWCNTs的引入有效地抑制了光生载流子的复合;ZnFe2O4/MWCNTs-0.8与H2O2在可见光照射下产生的·OH比相同条件下ZnFe2O4或ZnFe2O4和MWCNTs机械混合产生的·OH都高。因此,利用MWCNTs作为载体增强了ZnFe2O4的可见光催化降解MB的活性。本工作也是迄今为止第一次对该复合催化剂光催化性能的报道。