納米材料Ce-ZnO結構表征及光催化降解羅丹明B染料研究

納米材料Ce-ZnO結構表征及光催化降解羅丹明B染料研究

納米材料-結構表征及光催化降解羅丹明染料討論徐家豪陳柔霖楊舒怡:以高溫熱解法制備的納米為底物,摻雜稀土元素制備納米材料-,采納-射線衍射分析和能譜分析表征材料的結構特征和元素組成。

以羅丹明染料為單一污水體系,討論-光催化降解染料效果。

分析結果顯示納米材料-具有六方晶系纖鋅礦型結構特征衍射峰,且消失與2相關的衍射峰。

分析確定-中和元素養(yǎng)量比為1∶。

-光催化降解根據(jù)一級動力學反應進行,,,說明摻雜稀土元素能有效提高納米在自然光下催化降解。

:納米;摻雜;光催化羅丹明;結構特征;動力學:703::0439-8114202301-0119-04:-開放科學資源服務標識碼::--,-.--∶--,,--,.-:-;;;;;納米作為一種新型多功能無機材料,粒子尺寸介于1~100,可在紫外或太陽光照耀下激發(fā)產(chǎn)生光生電子—空穴對,生成羥基自由基和超氧自由基2-等具有強氧化力量的活性自由基,將有機污染物降解為2、2等無毒小分子[1]。

納米有制備成本低、反應活性高等優(yōu)點,可用于有機污染物的凈化處理[2]。

但是,,只能汲取太陽光中的紫外光,而且光生電子和空穴簡單復合的缺點會降低納米的光催化性能[3]。

因此,高效光催化型納米的開發(fā)是材料科學熱點討論領域之一。

在納米中摻雜金屬元素能夠提高的光催化性能,王玉新等[4]報道鐵摻雜納米提高了光催化降解染料廢水力量。

稀土元素是中國稀土資源中含量最為豐富的一種鑭系元素,且價格低廉。

在納米中摻雜具有4構型的鑭系離子不僅可以轉變的表面性質(zhì),而且還能阻礙光生電子-空穴對的復合,增加活性中心的數(shù)量,從而顯著提高的光催化活性[5]。

羅丹明是一種常見的堿性紅色染料,廣泛應用于造紙印染和涂料工業(yè)[6]。

由于對人類和動物具有致癌性、生殖和發(fā)育毒性以及神經(jīng)毒性[7],因此,去除工業(yè)廢水中的意義重大。

本討論通過稀土元素摻雜方法制備-納米材料,對其結構特征和元素組成進行表征,分析該材料光催化降解動力學,旨在為改性納米在堿性染料降解中應用供應技術依據(jù)。

1主要材料2-***咪唑、無水乙醇、***鋅、羅丹明和***鈰,均為市售分析純。

主要儀器設備85-1型恒溫磁力攪拌器,常州國華電器有限公司;2-9030型電熱鼓風干燥器,上海森信試驗儀器有限公司;5424型高速離心機,艾本德公司;-1200型紫外可見分光光度計,上海美譜達儀器有限公司;-4-11-型馬弗爐,上海纖檢儀器有限公司;2015-589型紫外滅菌燈,蘇州派爾克特種光源有限公司。

-的制備參照文獻[8-10]方法適當修改,將***鋅、***鈰和2-***咪唑按50∶1∶摩爾比在乙醇中溶解,磁力攪拌120,然后4000離心4,收集沉淀粒子,用乙醇洗滌3次,將得到的粒子在75℃下干燥3,在600℃馬弗爐中灼燒4,得到摻雜的納米。

在上述相同條件下制備納米,作為對比樣品。

-結構表征采納射線衍射法分析-和的特征衍射峰,表征的晶型結構。

能譜掃描法分析-中和元素含量。

染料降解率稱取50催化劑,加到50標準溶液中濃度5,超聲分散30后,放置暗處吸附30,然后置于紫外線波長254,功率20,紫外燈距樣品16或太陽光北緯3002′,時間9:00—11:00下連續(xù)催化降解,每隔20取樣,5000離心8,取上層清液測定特征汲取波長554下吸光度[11],依據(jù)下面公式計算降解率。

式中,為暗反應30后的濃度,為光催化時后濃度,為暗反應30后的在554處吸光度,為光催化時后在554處吸光度。

2-分析從圖1可以看出,納米和-的衍射峰位置與標準數(shù)據(jù)卡片36-1451相吻合,、、、、、、、消失明顯的衍射強峰,分別對應的100、002、101、102、110、103晶面,說明本討論合成的納米及摻雜的均為六方纖鋅礦型結構。

此外,與納米衍射峰相比,-有明顯的特征衍射峰,與等[12]報道的全都,該峰對應2的特征峰,表明原子摻入到晶格中。

同時,-的譜線略向小角移動,這是由于4+的離子半徑大于2+,的進入引起了晶格的膨脹,因此導致了衍射峰小角度偏移[12]。

分析-元素組成從圖2的掃描電鏡圖可以看出-外形為類球形,隨機選取4個點進行分析,結果顯示-主要含有、和3種元素另3個掃描點的結果略。

表1進一步分析比較了-的4個隨機掃描點的元素組成,得出-中3種主要元素、%、%%,其中∶質(zhì)量比為1∶。

本討論制備-時所用的***鈰與***鋅的摩爾比為1∶50,即理論質(zhì)量比為1∶,說明-中元素的實際摻雜質(zhì)量與理論值相近。

薛濤等[13]討論發(fā)覺納米對4+的吸附率很高,幾乎可以達到100%。

可以完全摻雜到納米中,與試驗結果全都。

-不同光源及催化時間對-降解效果的影響在自然光下催化初始階段,-催化降解溶液較快,表現(xiàn)為吸光度下降快速,,%。

當催化時間大于40時,溶液的吸光度下降幅度放緩,之后隨著催化時間的延長溶液的吸光度緩速地降低,在催化時間達到100時,溶液的吸光度已經(jīng)接近0,說明此時溶液基本降解完全。

相比之下,-在紫外光下對溶液的降解是隨著催化時間的延長而勻速地增加,當催化時間為40時,,%,%。

不同光源下-催化降解動力學采納--動力學模型[14]公式1來描述-催化降解狀況。

將公式2積分得0=其中,0、分別為溶液初始濃度和降解時間時濃度,1為一級動力學常數(shù),為反應時間,在催化時間為0~120時,以-在自然光和紫外光下0對催化時間作圖,結果見圖4。

圖4結果表明,-在紫外光和自然光下催化降解可以較好地用-動力學模型來描述,與張轉芳等[15]用納米復合材料光催化降解羅丹明得到的結果全都。

圖4中自然光下,-對溶液催化降解符合一級動力學方程=+2=,紫外光下的降解符合一級動力學方程=-2=。

自然光下一級動力學常數(shù)1=,大于紫外光下的一級動力學常數(shù)1=,表示自然光下-對溶液降解速度更快。

圖4結果說明納米中摻雜稀土元素能有效改善在自然光下的光催化性能。

3結論納米材料-具有六方纖鋅礦型結構,且有2相關衍射峰消失,-中∶實際質(zhì)量比為1∶。

納米材料-在自然光和紫外光下對溶液的降解符合-動力學模型,在自然光下-催化降解溶液一元動力學常數(shù)1=,大于紫外光下一元動力學常數(shù)1=,因此制備的納米-在自然光下對溶液的光催化性能優(yōu)于紫外光下的光催化性能。

摻雜的納米有進一步開發(fā)用于降解堿性工業(yè)廢水的應用前景。

:[1]武立州,祁丹,[].云南化工,2023,458:12-14.[2][].江蘇揚州:揚州高校,2023.[3][].黑龍江大慶:東北石油高校,2023.[4]