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摘 要

当今纳米半导体的光催化材料在众多科技领域得到快速发展的原因是得益于纳米技术的迅速发展。 而在这一领域内，主要是纳米光催化剂在对有机物的降解和对环境污染的控制这两个方面得到了研究人员的密切关注。近年来由于人们发现了纳米ZnO所具有独特性能和重要的研究价值，它已成目前纳米材料方面的研究重点。已知纳米ZnO的制备是通常是使用水热法，微乳液法，燃烧合成法和均匀沉淀法等许多方法。由于ZnO其优异的光电性能，资源丰富，成本低廉，特别的结构，对环境相对友好，制备条件相对温和，因此被广泛用作光催化剂。本文研究了纳米ZnO粉体用量、光照时间和甲基橙溶液的浓度对降解率的影响。研究表明：催化剂用量以1g· L^-1为佳。纳米ZnO粉体的重复使用研究表明：纳米ZnO有较稳定的光催化性能。

关键词: 纳米ZnO 甲基橙 光催化

Photocatalytic degradation of methyl orange by nanometer ZnO powder

Abstract

The reason for the rapid development of nano-semiconductor photocatalytic materials in many fields of science and technology is due to the rapid development of nano-technology. In this field, the researchers are paying close attention to nanophotocatalysts in terms of the degradation of organic matter and the control of environmental pollution. In recent years, due to the discovery of the unique properties and important research value of nano-ZnO, it has become the focus of nano-material research. It is known that the preparation of nano-ZnO is usually by hydrothermal method, microemulsion method, combustion synthesis method and uniform precipitation method and many other methods. Because ZnO has excellent photoelectric properties, abundant resources, low cost, special structure, relatively friendly environment, and relatively mild preparation conditions, it is widely used as a photocatalyst. In this paper, the effects of nano-ZnO powder dosage, illumination time and concentration of methyl orange solution on the degradation rate were studied. Studies have shown that the amount of catalyst is preferably 1g·L^-1. The repeated use of nano-ZnO powders shows that nano-ZnO has relatively stable photocatalytic properties.

Keywords: Nano-ZnO ， Methyl Orange ， Photocatalysis

目录

摘 要...........................................................................................................................................I

Abstract..........................................................................................................................................II

第一章 文献综述 1

1.1 纳米ZnO的制备方法概述 2

1.2纳米ZnO结构 3

1.3纳米ZnO的性质与应用 4

1.4 光催化氧化技术近来的发展 6

第二章 实验部分 8

2.1 实验仪器及试剂 8

2.1.1 实验仪器 8

2.1.2 实验试剂 8

2.2 配制各浓度甲基橙溶液并测量λmax 8

2.3甲基橙的标准曲线 10

第三章 结果与讨论 12

3.1 催化剂用量的影响 12

3.2反应时间的影响 13

3.3甲基橙浓度的影响 15

3.4纳米ZnO的重复使用 16

第四章 结论与展望 18

（1） 结论 18

（2） 展望 18

参考文献 19

致 谢 22

第一章 文献综述

环境污染的治理是人类社会迫切需要解决的重大问题。近代以来随着科技越来越发达，导致了能源变得日益紧张，环境污染越来越严重，如何使用半导体粉末为催化剂的光催化氧化处理污染物的技术受到与日俱增的关注。而在二十世纪八十年代初期时出现了一种新型处理污水技术，那就是光催化氧化技术。此后，关于光催化降解各种污染物方面的研究层出不穷。自1972年首次使用太阳能光催化剂分解水以来，光催化降解已逐渐成为环境管理的重要技术^[1-2]。除了提高废水和生物降解性外，这种方法有时还可以连接物理化学和生物化学，而且它具有低能耗，操作简单，反应温和的特点。近来，随着各种各样工业尤其是染料工业的迅速发展，有机污染物的种类和数量也在不断地增长，这直接加剧了环境污染和使得生态遭到了破坏。所以对于这些有机污染的降解人们开始使用金属氧化物半导体作为光催化剂从而将它们氧化成无机分子例如H ₂ O， CO₂ ，硝酸盐，硫酸盐和磷酸盐离子^[3]。高效节能，应用广泛，已成为当今环境保护研究的重要课题。因此，它们越来越受到国内外众多学者的关注，并在废水处理方面显示出巨大的潜力。因此，作为一种对环境友好型的技术，在有机污染物难降解处理方面光催化氧化技术受到了广泛关注。

研究结果表明，半导体光催化活性附着粒径的减小，光催化性增加。半导体粒子的粒径小于到10 nm ，更易于捕获电子 - 空位，亦可以获得更高的光催化性能。目前，大多数在光降解实验研究中使用的是TiO₂作催化剂，其无毒性，不溶性，化学稳定性强，是理想化的化学催化剂^[3,4]。像有机酸，卤代烃，染料，表面活性成分等物质要想降解成无机的小分子都可以用二氧化钛作为光催化剂来实现。但事实上，虽然二氧化钛在光稳定性和对环境清洁度上都有良好的表现，但它的制作工序繁琐，所需的仪器及原料都价格昂贵，所以以目前的技术是无法实现大面积的使用二氧化钛^[5]做光催化剂的。

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