亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        超臨界水連續(xù)合成納米氧化鋅及其光催化性能

        2013-04-07 09:01:14毛志強(qiáng)冷遠(yuǎn)鵬趙亞平
        無(wú)機(jī)鹽工業(yè) 2013年10期

        毛志強(qiáng),冷遠(yuǎn)鵬,趙亞平

        (上海交通大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,上海200240)

        超臨界水連續(xù)合成納米氧化鋅及其光催化性能

        毛志強(qiáng),冷遠(yuǎn)鵬,趙亞平

        (上海交通大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,上海200240)

        摘要:采用超臨界水連續(xù)合成法制備了納米氧化鋅顆粒并對(duì)其光催化性能進(jìn)行了研究。當(dāng)反應(yīng)溫度為385℃,反應(yīng)壓力為25 MPa,反應(yīng)時(shí)間為40 s,反應(yīng)物Zn2+和OH-的濃度分別為0.075、0.3 mol/L時(shí),獲得了粒徑為30 nm的球形納米氧化鋅。以甲基橙溶液為光催化模型物,在紫外光照射下,所制備的納米氧化鋅對(duì)甲基橙的降解率可達(dá)到100%,并且納米氧化鋅的濃度和分散性對(duì)光催化效率有顯著影響。

        關(guān)鍵詞:超臨界水;氧化鋅;納米粒子;光催化

        納米氧化鋅為一種寬禁帶半導(dǎo)體材料,被廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能電池[1]、光電材料[2]、發(fā)光二極管[3]、化妝品、傳感器[4]等領(lǐng)域,同時(shí)納米氧化鋅也是一種理想的處理廢水的光催化劑,具有和TiO2相似的催化機(jī)理[5],在某些條件下對(duì)有機(jī)污染物有更高的催化效率[6]。目前,合成氧化鋅的方法主要有水熱法[7]、溶膠凝膠法[8]、化學(xué)氣相合成法[9]和機(jī)械法[10]等,然而這些方法或工藝條件不可控,或無(wú)法連續(xù)作業(yè),或生成納米粒子不均一而無(wú)工業(yè)前景。超臨界水合成法是一種環(huán)保的制備納米粒子的方法,并可以連續(xù)制備納米粒子,制備工藝簡(jiǎn)單,產(chǎn)品形貌可控,有較好的工業(yè)前景。但是,超臨界水連續(xù)合成納米氧化鋅的報(bào)道不多,而且鮮見(jiàn)采用超臨界水法制備的納米氧化鋅進(jìn)行光催化性能方面的研究。為此,筆者采用超臨界水連續(xù)法制備了納米氧化鋅,并以其為光催化劑,研究了催化劑濃度和分散性對(duì)以甲基橙為模型物的水溶液進(jìn)行光催化降解性能的研究。

        1 實(shí)驗(yàn)部分

        1.1試劑和儀器

        六水合硝酸鋅(純度≥99%);氫氧化鉀(純度≥82%)。

        X射線粉末衍射儀(D/max-2200/PC);掃描電鏡(JSM-7401F),激發(fā)電壓為5 kV;透射電鏡(JEM-2100);超聲波發(fā)生器(BILON-1200Y)。

        1.2納米氧化鋅的制備及其表征

        1.2.1合成流程圖和反應(yīng)過(guò)程

        圖1為超臨界水連續(xù)合成納米氧化鋅流程示意圖。如圖1所示,超臨界水法合成裝置主要由4個(gè)部分組成:泵、反應(yīng)器、預(yù)熱器和壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在反應(yīng)時(shí),硝酸鋅溶液與經(jīng)預(yù)熱器加熱的水混合后由反應(yīng)器上部進(jìn)入反應(yīng)器,然后與從反應(yīng)器下部泵入的氫氧化鉀溶液混合。在混合點(diǎn)處納米氧化鋅迅速生成并隨同熱流體沿反應(yīng)器側(cè)壁離開(kāi)進(jìn)入冷凝裝置。最后,產(chǎn)物經(jīng)背壓調(diào)節(jié)閥進(jìn)入收集器。反應(yīng)器及預(yù)熱器溫度可自動(dòng)調(diào)節(jié),壓力可以通過(guò)背壓調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)。反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過(guò)離心過(guò)濾、洗滌后在100℃下干燥2 h,最后在研缽中研磨供測(cè)試分析表征用。

        圖1 超臨界水連續(xù)合成納米氧化鋅流程示意圖

        1.2.2氧化鋅的表征

        采用X射線衍射分析(XRD)對(duì)樣品結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征,以Cu Kα(λ=0.154 06 nm)為射線源,管流為30 mA,管壓為40 kV,室溫采集數(shù)據(jù),掃描范圍在10~70°,步長(zhǎng)為0.02°,掃描速度為6(°)/min,所獲取的數(shù)據(jù)通過(guò)軟件MDI Jade5.0進(jìn)行查看和分析。分別采用掃描電鏡(SEM)和透射電鏡(TEM)進(jìn)行樣品形貌表征。SEM樣品制樣方法為:將粉末樣品粘在銅載臺(tái)的雙面膠上,表面噴金處理后進(jìn)行觀察;TEM樣品制備方法為:取少量樣品溶入適量無(wú)水乙醇中,超聲波處理15~20 min進(jìn)行分散,然后取上層清液滴到銅網(wǎng)上,在空氣中干燥后進(jìn)行觀察。

        1.3氧化鋅光催化性能測(cè)定

        取一定量的納米氧化鋅粉體,置于20 mL去離子水中超聲3 min備用。以甲基橙作為有機(jī)廢水中有機(jī)物的模擬物,制備10 mg/L的甲基橙溶液200 mL模擬有機(jī)廢水,將20 mL氧化鋅備用液加入到甲基橙溶液中并攪拌,高壓汞燈(120 W,波長(zhǎng)365 nm)照射,每隔一定時(shí)間取樣過(guò)濾,測(cè)定濾液在465 nm處的吸光度。則甲基橙的降解率可表征為:

        式中:x為甲基橙的降解率,A0為甲基橙初始吸光度,A為不同光催化時(shí)間的甲基橙吸光度。

        2 結(jié)果與討論

        2.1納米氧化鋅的合成及表征

        在超臨界水法合成納米粒子的過(guò)程中,很多因素對(duì)產(chǎn)物的大小和形貌都會(huì)有影響,如反應(yīng)物濃度、反應(yīng)壓力、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度等。在前期研究的基礎(chǔ)上,將反應(yīng)條件設(shè)定為:反應(yīng)壓力為25 MPa,反應(yīng)溫度為385℃,反應(yīng)時(shí)間為40 s,反應(yīng)物Zn2+和OH-濃度分別為0.075、0.3 mol/L,硝酸鋅溶液和氫氧化鉀溶液流量都為8 mL/min。圖2為反應(yīng)產(chǎn)物和標(biāo)準(zhǔn)樣品的XRD圖。由圖2可見(jiàn),所得產(chǎn)物的XRD譜圖與標(biāo)準(zhǔn)氧化鋅(JCPDS卡片號(hào):36-1451)衍射峰吻合,表明所制備的樣品為氧化鋅晶體。衍射峰2θ的位置31.8、34.4、36.2、47.5、56.6、62.8、67.9°分別對(duì)應(yīng)纖鋅礦型氧化鋅的(100)、(002)、(101)、(102)、(110)、(103)、(112)晶面,另外XRD譜圖峰非常尖銳,說(shuō)明生成的氧化鋅晶形成長(zhǎng)很好。

        圖2 合成氧化鋅樣品的XRD譜圖

        采用SEM和TEM對(duì)合成樣品的大小和形貌進(jìn)行了表征,結(jié)果見(jiàn)圖3。如圖3的SEM照片所示,樣品為球形顆粒,大小為30 nm左右。圖3的TEM照片顯示,樣品形貌與SEM結(jié)果類似,有部分聚集。

        圖3 合成氧化鋅樣品的SEM和TEM照片

        當(dāng)金屬的鹽溶液在達(dá)到水的臨界溫度和壓力后,其介電常數(shù)迅速降低,并由于溫度高,金屬鹽的水合反應(yīng)速率加快;另一方面,形成的金屬氧化物產(chǎn)物在超臨界水中溶解度很低,因此瞬間形成的過(guò)飽和度非常大,成核速率極大提高,從而有利于納米微粒的形成。一般地,超臨界水熱合成反應(yīng)速率比普通水熱反應(yīng)速率提高了1 000倍。此外,當(dāng)溫度達(dá)到并超過(guò)超臨界溫度(374.3℃)時(shí),水的物性發(fā)生很大變化,水的離子積增大,羥基離子增多并在納米氧化鋅的表面鏈接,影響了氧化鋅的各向異性生長(zhǎng),從而抑制徑長(zhǎng)方向的生長(zhǎng)而形成納米球形顆粒。

        2.2合成納米氧化鋅的光催化性能

        光降解甲基橙溶液的紫外燈功率為120 W,紫外燈距離反應(yīng)液面高度為10 cm,由于甲基橙的吸光度受溫度影響,而紫外燈光在照射的同時(shí)會(huì)帶來(lái)熱量,因此,取樣后需放在背光下,溫度降低到室溫后測(cè)量。

        分別取0、0.5、1、1.5、2 g氧化鋅加入去離子水中,進(jìn)行光催化反應(yīng),每隔30 min取樣一次。氧化鋅濃度對(duì)甲基橙降解率的影響結(jié)果如圖4所示。由圖4可看出:在90 min內(nèi),不加入氧化鋅的體系甲基橙幾乎沒(méi)有降解,加入氧化鋅的體系甲基橙的降解率幾乎達(dá)到了100%;當(dāng)氧化鋅的濃度升高時(shí),在同樣時(shí)間內(nèi)甲基橙的降解率隨之升高;但是,比較氧化鋅的加入量為1.5、2 g時(shí),氧化鋅濃度升高對(duì)光催化效果提升并不明顯,這可能是由于隨著氧化鋅量的增多,對(duì)紫外光有一定的遮擋作用,阻止了光催化效果。因此,合適的氧化鋅加入量為1.5 g。

        由于納米氧化鋅有一定的聚集,從而影響光催化效果。為此,考察了超聲分散氧化鋅對(duì)光催化效果的影響。取1 g合成的納米氧化鋅,加入到20 mL去離子水中,放于超聲波發(fā)生器中超聲震蕩3 min后進(jìn)行光催化反應(yīng);作為對(duì)照,另一份不經(jīng)超聲分散處理,直接進(jìn)行反應(yīng)。在測(cè)試時(shí),每隔30 min取樣一次。超聲預(yù)處理對(duì)甲基橙降解率的影響結(jié)果如圖5所示。由圖5可以看出,經(jīng)超聲預(yù)處理的試樣在90min內(nèi)對(duì)甲基橙溶液降解率接近100%,遠(yuǎn)高于未經(jīng)超聲處理的氧化鋅的光催化效率。這是由于超聲提高了納米氧化鋅的分散性,增加了納米氧化鋅與溶液的接觸面積,從而提高其對(duì)光能的利用率。

        圖4 氧化鋅濃度對(duì)甲基橙降解率的影響

        圖5 超聲預(yù)處理對(duì)甲基橙降解率的影響

        3 結(jié)論

        采用超臨界水連續(xù)合成法成功制備了粒徑為30 nm的球形氧化鋅;所獲得的納米氧化鋅具有良好的光催化效果,超聲分散可顯著提高納米氧化鋅的光催化作用。研究結(jié)果表明,超臨界水連續(xù)合成技術(shù)可以連續(xù)制備納米氧化鋅,所合成的納米氧化鋅在光催化處理水污染方面具有潛在的、廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

        參考文獻(xiàn):

        [1]Karin Keis,Eva Magnusson,Henrik Lindstr?m,et al.A 5%efficient photoelectrochemical solar cell based on nanostructured ZnO electrodes[J].SolarEnergy Materials and Solar Cells,2002,73(1):51-58.

        [2]Ng H T,Li Jun,Smith M K,et al.Growth of epitaxial nanowires at the junctions of nanowalls[J].Science,2003,300(5623):1249.

        [3]Hiromichi Ohta,Ken-ichi Kawamura,Masahiro Orita,et al.Current injection emission from a transparent p-n junction composed of p-SrCu2O2/n-ZnO[J].AppliedPhysicsLetters,2000,77(4):475-477.[4]Wang Xudong,Summers C J,Wang Zhonglin.Large-scale hexagonal-patterned growth of aligned ZnO nanorods for nano-optoelectronics and Nanosensor arrays[J].Nano Letters,2004,4(3):423-426.

        [5]Kari Pirkanniemi,Mika Sillanp??.Heterogeneous water phase catalysis as an environmental application:a review[J].Chemosphere,2002,48(10):1047-1060.

        [6]Yu Jiaguo,Yu Xiaoxiao.Hydrothermal synthesis and photocatalytic activity of zinc oxide hollow spheres[J].Environmental Science and Technology,2008,42(13):4902-4907.

        [7]Liu Bin,Zeng Huachun.Hydrothermal synthesis of ZnO nanorods in the diameter regime of 50 nm[J].Journal of the American Chemical Society,2003,125(15):4430-4431.

        [8]Lubomir Spanhel,Anderson M A.Semiconductor clusters in the solgel process:quantized aggregation,gelation,and crystal growth in concentrated zinc oxide colloids[J].Journal of the American Chemical Society,1991,113(8):2826-2833.

        [9]Polarz S,Roy A,Merz M,et al.Chemical vapor synthesis of size selected zinc oxide nanoparticles[J].Small,2005,1(5):540-552.

        [10]Sun Zhipeng,Liu Lang,Zhang Li,et al.Rapid synthesis of ZnO nano-rods by one-step,room-temperature,solid-state reaction and their gas-sensing properties[J].Nanotechnology,2006,17(9):2266-2270.

        聯(lián)系方式:ypzhao@sjtu.edu.cn

        MTI公司擬建歐洲PCC衛(wèi)星廠

        日前,國(guó)際礦物技術(shù)公司(Minerals Technologies Inc.Ltd., MTI)簽署了一項(xiàng)在歐洲建造產(chǎn)能為1.4萬(wàn)t/a沉淀碳酸鈣(PCC)衛(wèi)星廠的協(xié)議。其產(chǎn)品主要用于顏料填料,預(yù)計(jì)于2014年第四季度建成投產(chǎn)。

        賈磊譯自Theflyonthewall.com 2013-08-08

        中圖分類號(hào):TQ132.41

        文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

        文章編號(hào):1006-4990(2013)10-0053-03

        收稿日期:2013-04-16

        作者簡(jiǎn)介:毛志強(qiáng)(1987—),男,碩士,研究方向?yàn)槌R界水制備納米材料。

        通訊作者:趙亞平

        Continuous preparation of nano-sized zinc oxide by supercritical water technique and photocatalytic activity thereof

        Mao Zhiqiang,Leng Yuanpeng,Zhao Yaping
        (School of Chemistry and Chemical Engineering,Shanghai Jiaotong University,Shanghai 200240,China)

        Abstract:Zinc oxide(ZnO)nanoparticles were synthesized by continuous supercritical water technique and its photocatalytic performance was studied.When reaction conditions were at the reaction temperature of 385℃,the pressure of 25 MPa,the reaction time of 40 s,and the reactant concentrations of Zn2+and OH-of 0.075 mol/L and 0.3 mol/L,respectively,spherical ZnO nanoparticles of 30 nm were obtained.Methyl orange solution was taken as a model of light catalytic reaction.Results indicated that the degradation of methyl orange reached 100%via as-synthesized nano-sized ZnO as photocatalyst under ultraviolet light,and the concentration and dispersibility of nano-sized ZnO had a significant impact on the photocatalytic efficiency.

        Key words:supercritical water;zinc oxide;nanoparticle;photocatalyst

        日韩人妻无码精品久久| 麻豆国产精品伦理视频| 国产三级精品和三级男人| 国产精品h片在线播放| 亚洲av无码1区2区久久| 亚洲av高清在线观看三区| 亚洲国产综合精品一区最新| 99久久99久久精品国产片 | 不卡高清av手机在线观看| 自拍亚洲一区欧美另类| 在线观看免费的黄片小视频| 日韩日韩日韩日韩日韩日韩日韩| 亚洲欧美aⅴ在线资源| 国产精品九九热| 日韩精品一区二区三区av| 手机在线看片| 全部孕妇毛片| 日韩在线不卡一区在线观看| 免费人成黄页网站在线一区二区 | 亚洲第一成人网站| 男女激情床上视频网站| 亚洲女同同性一区二区| 国产精品免费_区二区三区观看| 国产区精品| 中文字幕一区二区三区在线乱码| 中国亚洲一区二区视频| 疯狂撞击丝袜人妻| 99在线视频精品费观看视| 亚洲精品综合久久中文字幕| 极品尤物一区二区三区| 国产露脸精品产三级国产av| 久久久亚洲欧洲日产国码是AV| 91精品国产综合久久久蜜| 亚洲国产成人片在线观看无码| 91天堂素人精品系列全集亚洲 | 少妇厨房愉情理伦bd在线观看| 99热这里只有精品3| 久久蜜桃一区二区三区| 日韩av无码一区二区三区| 69久久夜色精品国产69| 亚洲一区二区免费日韩|