氧化锌与铁氧体复合纳米材料的制备及其光催化性能

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现代社会中,工业和农业的不断发展给人们带来便利的同时,也造成了严重的水污染。为了解决这一问题,出现了许多不同的污水处理方法。其中,半导体光催化氧化法由于可以利用太阳能将污染物降解为无害的水和二氧化碳等小分子而受到了较为广泛的关注。铁氧体纳米颗粒是一种具有较强磁性的金属氧化物纳米颗粒,当其与半导体材料组成复合纳米光催化材料时,不仅有高效的光催化能力,还能利用其有磁性的特点进行回收再利用。此外,铁氧体与半导体纳米材料的复合还能扩大所形成光催化剂的光吸收范围,使其在可见光条件下也有光催化效果,从而提高了太阳能的利用率。本文利用水浴法合成不同的铁氧体与氧化锌的复合纳米材料,并利用多种分析手段对其性能进行分析。得到的主要成果如下:1.利用微波辅助的化学共沉淀法合成了易于回收的Fe3O4/ZnO复合纳米光催化材料。在这种复合结构中,ZnO纳米线均匀生长在Fe3O4纳米颗粒表面,即Fe3O4纳米颗粒是ZnO纳米线生长的中心核。这种生长机制可以解释为在表面积比较小的情况下,异相成核比均匀成核更容易。经研究表明,这种复合纳米材料比表面积较高,有很好的结晶性,并且在降解有机污染物(罗丹明B)时,表现出很好的催化效果,此外还可以在外磁场的作用下快速回收。2.通过分步的化学方法制备了 Ni0.5Zn0.5Fe2O4/ZnO复合纳米光催化材料。这种复合光催化材料是以镍锌铁氧体为核,周围生长ZnO纳米线的花状结构。这种花状结构同样有较大的比表面积,并且ZnO纳米线的长度可以通过生长时间的长短来调控,长度与生长时间成正比关系。经实验分析表明:在没有高温烧结的情况下,复合材料已经具有很好的结晶性;高温烧结后,材料的性能没有发生变化,说明这种复合材料有很好的抗氧化性;在降解有机染料时,不仅在紫外光下有良好的光催化效果,在可见光下也有优异的催化性能;对材料的磁性能测量结果表明其有较强的磁性,可以进行回收再利用。这些特性对于用光催化氧化法处理污水都具有重要的实际意义。
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