ZnO/NaTaO3纳米复合物的制备及其光催化性能研究

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作为新兴的技术-光催化在治理有机污染物方面的应用日益受到人们的重视。人们希望找到电荷分离效率高,光响应范围较宽,能充分吸收利用太阳光且光催化效率较高的光催化剂。本文利用水热法制备出不同比例的复合催化剂,对其微结构特征、光吸收性质、光催化特性等进行了系统研究,并研究了制备条件,如制备温度、制备时间、煅烧温度及催化剂的用量等对复合催化剂的微结构特征、光吸收性质、光催化特性等的影响,为异相光催化技术进一步实用化提供了理论依据。以Ta2O5、Zn(NO3)2-6H2O和NaOH为起始原料,通过水热法合成了ZnO、NaTa03及摩尔比分别为1:2、1:1、2:1、3:1、5:1的ZnO/NaTa03复合物,XRD分析结果表明,所合成的ZnO为六方晶相,NaTaO。为正交相,复合对NaTa03和ZnO的晶体结构没有影响,复合后样品衍射峰强度降低,说明复合相互影响其结晶度,粒径大小;SEM结果表明,ZnO为椭圆状片状,NaTaO3和为立方形状,复合后结晶度降低,平均粒径变小,复合物无定形状;EDS结果表明复合后组成复合物的元素分布均匀,说明复合很均匀,没有其它杂质;FT-IR结果表明,有钽酸根的特征峰和Zn-O的特征峰,复合比例影响其特征峰强度;UV-Vis结果表明,NaTaO3吸收带边的红移及ZnO吸收带边的蓝移,说明因为组成复合物的两种物质之间作用引起宽带隙NaTaO3的价带和导带向内弯曲,而窄带隙ZnO的价带和导带向外弯曲,证明ZnO和NaTaO3是复合而不是简单的混合;光降解亚甲基蓝实验表明,紫外光照下纯氧化锌的降解效果最好,降解30 min时降解率达到99.2%,复合物的降解效果都比纯NaTa03的好;可见光照下ZnO/NaTaO3(摩尔比3:1)的降解效果最好,降解9 h后降解率达到了64.5%。制备温度、制备时间、煅烧温度对催化剂的形貌、结晶度、粒径大小以及吸收光带边对光催化活性有影响,而对晶型无影响,随着制备温度的降低催化活性提高,在100℃下,不同反应时间制备的ZnO/NaTaO3(摩尔比3:1)样品中,反应时间为10 h时得到的样品,其降解效果是最好的;煅烧温度600℃以下时,随着煅烧温度的升高,催化活性逐渐降低,600℃以上温度烧时催化活性变化不大;催化剂用量可影响光催化反应效率,且存在一个最优点;制备条件为10 h、100℃的ZnO/NaTa03(摩尔比3:1)复合物对亚甲基蓝溶液(浓度为10 ppm)的催化活性最好,可见光降解18 h时降解率达到了91%。
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