纳米氧化锌的改性及其光催化性能研究

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1、纳米氧化锌的改性及其光催化性能研究　　摘要：以硝酸锌和硬脂酸为主要原料合成了纳米氧化锌（nano-ZnO），并在后续处理过程中采用正丁醇淬火对氧化锌表面进行改性。通过红外吸收光谱、X射线衍射、紫外-可见漫反射等手段对改性前后样品进行了表征。结果表明，改性纳米氧化锌具有较好的疏水性，可长期悬浮于水的表面，有利于直接用于太阳光催化降解污水。将甲基橙溶液作为模拟废水，考察纳米ZnO在紫外灯和太阳光下的光催化活性。结果表明，改性纳米ZnO比未改性纳米氧化锌具有更好的光催化降解活性。　　关键词：纳米氧化锌；光催化；表面改性；正丁醇　　中图分类号：TQ132.4+1文献标识码：A

2、文章编号：0439-8114（2015）24-6338-04　　DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.24.063　　Abstract：Nano-ZnOwaspreparedusingZn（NO3）2?6H2Oandstearicacidastheprecursors，andwastreatedbybutylalcoholquenching.Boththemodifiedandunmodifiednano-ZnOsampleswerecharacterizedbyXRDandUV-vis.Theexperimentalresul

3、tsindicatedthatthemodifiedcompoundwashydrophobicandcouldsuspendonthesurfaceofwaterforalongtime，whichhasapotentialtobeappliedinwastewaterdisposal.Thephoto-catalyticalperformanceofnano-ZnOwasevaluatedusingmethylorangesolutionunderUVlight4andsunlight.Theresultshowedthatthemodifiednano-ZnOe

4、xhibitedamuchbetterphoto-catalyticactivity，comparedtotheunmodifiednano-ZnOunderthesameconditions.　　Keywords：nano-ZnO；photocatalysis；surfacemodification；butylalcohol　　纳米氧化锌（nano-ZnO）是一种新型高功能精细无机产品。由于材料的纳米化，使得纳米氧化锌产生了其本体块状材料所不具备的表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应等。目前纳米氧化锌在环境治理方面（如光催化降解有机物废液和染料废液）引起了科学研究

5、者的广泛兴趣。但是，具有较高比表面能的纳米氧化锌易团聚，难于在有机介质中分散，与聚合物结合性能差，直接影响其实际功效。为了降低纳米材料的表面极性，提高纳米粒子在有机介质中的分散能力和亲和力，扩大纳米材料的应用范围，对纳米ZnO进行表面改性意义重大[1-3]。　　利用表面活性剂是较为有效的表面改性手段。常用的表面改性剂有硅烷偶联剂、钛酸酯类偶联剂、硬脂酸、有机硅等。葛岭梅[4]采用KH8454、NDZ201和NDZ311为改性剂对纳米ZnO分别进行表面改性，改性效果很好且便于储存，不易团聚。王国宏[5]通过正交试验以月桂酸钠为改性剂，用量为15%，pH为6，改性时间为1

6、.5h，改性后的纳米ZnO的亲油化度达到79.12%，能较好地分散于甲醇和二甲苯中。李剑锋等[6]将Zn（Ac）2?H2O溶解在乙醇中，把溶解了LiOH?H2O的乙醇溶液逐滴加入进去，同时，在0℃下剧烈搅拌1h，然后离心204min。这样就得到ZnO的凝胶体，加入尿素和硼酸的乙醇溶液，将氮化硼（BN）的含量调节至90%。用旋转蒸发器将乙醇溶剂挥发掉，然后在烘箱中烘干，将烘干的混合物分别在200、400和700℃下于空气氛围退火7h。试验证明，BN壳层有效地抑止了纳米粒子的生长，改性后的ZnO作为一种重要的半导体光催化剂有较高的催化活性。目前氧化锌的应用研究已经引起人们

7、的广泛重视，并可能成为TiO2的替代物，因为这2种物质具有相同的光催化机理。据报道，ZnO比TiO2光催化降解效率更高[7]，如光催化降解纸浆漂白废水、2-苯基苯酚[8]及苯酚[9]等。　　如何降低纳米氧化锌等材料的制备成本、得到性能优异的光催化材料是当前科研工作者研究的热点，也是纳米氧化锌能否应用于环境污染物治理的关键因素之一，因此纳米氧化锌的制备和其光催化性能的研究具有十分重要的意义。本试验采用纳米ZnO作为光催化剂，选用甲基橙染料作为处理对象，研究了纳米ZnO的淬火改性、光催化试验中的光源、纳米氧化锌及改性后纳米氧化锌加入量等因素对甲基橙溶液脱