二氧化硅基复合材料制备及其对染料的吸附/光催化性能研究

来源 :中国矿业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wulizhu11
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本论文以粗糙表面的二氧化硅空心球体为载体,采用不同方法分别在其表面负载了ZnO、MgO及ZIF-8,以不同表征手段如XRD、SEM、TEM、TG和FT-IR等对样品的组成、结构以及形貌进行了表征分析。将制备的ZnO/SiO2、MgO/SiO2及ZIF-8/ZnO/SiO2复合材料应用于对水中典型染料的吸附/光催化脱除实验中,探究了不同样品、不同溶液组分、不同光源等条件对吸附/光催化性能的影响。本论文的主要研究内容如下:(1)采用浸渍法制备一系列的ZnO/SiO2复合材料,探究了不同Zn元素加入量对生成的ZnO/SiO2复合材料的ZnO含量、结构和表面形貌的影响,以及对水中刚果红吸附性能的影响。探究了ZnO/SiO2复合材料对刚果红(CR)的吸附动力学和热力学模型,研究了pH、温度、吸附剂的加入量等条件对刚果红吸附性能的影响。结果表明,当温度为30 oC时,ZnO/SiO2-1样品对刚果红的吸附量最大为83 mg/g,样品的吸附过程符合准二级动力学方程和Langmuir等温吸附模型。此外,ZnO/SiO2复合样品经煅烧后可再生,经过3次再生后对刚果红的吸附量可维持在原吸附量的83%。(2)采用一步法制备了一系列MgO/SiO2复合材料,分析表明所制备的复合材料具有较高的比表面积和粗糙的表面形貌。探究了不同Mg元素加入量对MgO/SiO2复合材料MgO含量、结构和表面形貌的影响,以及对刚果红(CR)吸附性能的影响。进一步研究了不同超声分散时间对吸附动力学平衡时间的影响、不同pH对刚果红吸附性能的影响。结果表明,20%MgO/SiO2样品对刚果红的平衡吸附量可高达4000mg/g,并且样品的吸附过程符合Langmuir等温吸附模型。此外,MgO/SiO2样品经煅烧后可再生,经过4次循环吸附后对刚果红的吸附量基本保持不变。(3)采用原位生长法成功地制备了ZIF-8修饰的SiO2复合材料。探究了不同Zn元素含量对复合材料中ZIF-8含量、结构以及形貌的影响,并将ZIF-8/SiO2用于吸附和光催化降解亚甲基蓝性能的研究,主要研究了不同材料、不同光源、不同染料组分、不同pH值等对光催化性能的影响,并深入研究光催化降解染料的反应机理。结果表明,ZIF-8/ZnO-2/SiO2在可见光参与体系下对亚甲基蓝(MB)的降解率在30 min内可达99%以上。对比其在纯紫外光下的催化降解性能发现,ZIF-8/ZnO/SiO2复合材料具有较高的可见光利用率。此外,ZIF-8/ZnO/SiO2复合材料具有良好的稳定性和可重复利用性,进行4次光催化反应后,对亚甲基蓝依然保持良好的光催化降解效果,通过对材料的表征分析发现,光催化反应前后复合材料的组成、结构和形貌都没有显著变化,表现出良好的稳定性。该论文有图55幅,表13个,参考文献124篇。
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