王靜

摘要：納米ZnO作為一種新型功能半導(dǎo)體材料具有一般ZnO產(chǎn)品無法比擬的特殊納米材料性能，如其獨特的顏色效應(yīng)、高效的光催化作用。而用于光催化劑的納米ZnO，可采用優(yōu)良載體材料做成懸浮負載型光催化劑，使其具備懸浮性催化劑的高效性，又可順利回收。本研究對云母鋅的鍍膜條件進行了優(yōu)化，水浴溫度為60℃，云母與ZnSO4·7H2O質(zhì)量比為1：3，反應(yīng)時間為3h時，所制得產(chǎn)物的催化性能最好。

關(guān)鍵詞：納米ZnO；白云母；光催化劑；再生

一、實驗部分

1納米ZnO/云母復(fù)合材料的制備

云母的預(yù)處理

取30g白云母于研缽內(nèi)，研磨10-20min，將研磨后的云母轉(zhuǎn)入500ml燒杯內(nèi)，加入50ml1mol/L的鹽酸和150ml去離子水，攪拌。將恒溫磁力攪拌器的溫度調(diào)至60℃，放入燒杯，加熱攪拌10-15min。加熱完畢，倒出酸液，用去離子水沖洗云母，洗至電導(dǎo)率在100μs/cm以下，沖洗完畢放入電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)，烘干溫度為90℃。烘干后取出云母，備用。

納米ZnO/云母制備反應(yīng)

（1）用電子天平分別稱取16g ZnSO4·7H2O，和3g經(jīng)過與處理的白云母，用量筒量取200ml陰離子樹脂于1000ml燒杯中。

（2）將ZnSO4·7H2O置于燒杯中加入200ml去離子水溶解，倒入云母攪拌。

（3）設(shè)置恒溫磁力攪拌器溫度，使水溫升至60℃。

（4）將盛有樹脂的燒杯放入水浴鍋內(nèi)，加入轉(zhuǎn)子，并將ZnSO4與云母混合物緩慢倒入樹脂中，反應(yīng)3h。

（5）停止加熱，用濾網(wǎng)將樹脂與產(chǎn)物分離，待產(chǎn)物沉降后倒出上清液。將產(chǎn)物放入電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)烘干，烘干溫度為90℃。

（6）烘干后取出產(chǎn)物，放入瑪瑙研缽，研磨20-30min，研磨后放入袋內(nèi)，標記藥品用量及反應(yīng)時間，待分析。

（7）變換ZnSO4·7H2O的用量，以及水浴攪拌的時間，重復(fù)以上步驟。

2光催化性能的測定

（1）準確稱取0.120g云母鋅和0.004g甲基橙于燒杯中，放入超聲波清洗器使其呈懸浮狀。

（2）測其吸光度，測定光催化前的COD。

（3）放入轉(zhuǎn)子，將其置于磁力攪拌器水浴鍋中，水浴溫度為15℃。

（4）打開紫外燈，避光照射4h。

（5）反映結(jié)束后，再次測定其吸光度和上清液的COD。

（6）畫圖比較光催化前后其吸光度的變化，計算光催化的顏色去除率，比較光催化前后的COD，計算COD去除率。

二、實驗結(jié)果與討論

1物料比的影響

紫外-可見吸收光譜（UV-Vis）分析

當云母質(zhì)量為3g，ZnSO4·7H2O質(zhì)量分別為14g、15g、16g、18g，在相同反應(yīng)時間時，所制得納米ZnO/云母復(fù)合材料。復(fù)合材料在紫外區(qū)250nm處有吸收峰，說明其在此處對紫外線有很強的吸收特性。隨著波長的增加，吸光度隨著減小，即其對可見光的吸收逐漸降低。

當質(zhì)量比為3：15時其吸光度最大，即其紫外吸收性能最好，而其質(zhì)量比為3：18時，吸光度最小，紫外吸收性能最差。

COD及顏色去除率評價

云母與ZnSO4·7H2O質(zhì)量比為3：15，光催化前后的COD去除率和顏色去除率都最大。

綜上分析，在反應(yīng)時間，反應(yīng)溫度相同條件下，當云母與ZnSO4·7H2O質(zhì)量比為3：15時，制得的納米ZnO/云母的光催化性能最好，又15gZnSO4·7H2O可生成4.2gZnO，即云母與ZnO的質(zhì)量比為3：4時，制得產(chǎn)物的光催化效果最好。

2鍍膜反應(yīng)時間影響

紫外-可見吸收光譜（UV-Vis）分析

在云母與ZnSO4·7H2O質(zhì)量比同為3：15，反應(yīng)溫度同為60℃，反應(yīng)時間分別為2h、3h、4h時制得納米ZnO/云母復(fù)合材料，反應(yīng)時間為3h時吸光度最大，即其紫外吸收性能最好，而反應(yīng)時間為4h時，吸光度最小，紫外吸收性能最差。

COD及顏色去除率評價

在云母與ZnSO4·7H2O質(zhì)量比同為3：15，反應(yīng)溫度同為60℃，反應(yīng)時間為3h時制得的納米ZnO/云母復(fù)合材料，光催化前后的COD去除率和顏色去除率都最大。綜上分析，在云母與ZnSO4·7H2O質(zhì)量比相同，反應(yīng)溫度相同條件下，反應(yīng)時間為3h時，制得的納米ZnO/云母復(fù)合材料的光催化性能最好。

再生結(jié)果分析

本實驗使用濕機械化學(xué)-離子交換再生法。催化劑、樹脂、水、氣體通過抽氣泵實現(xiàn)三相攪拌，催化劑在床層中產(chǎn)生劇烈的摩擦，表面附著顆粒層密度顯著減少，并促進催化劑表面吸附的例子和沉積物轉(zhuǎn)移到樹脂上，同時，光催化劑表面在機械力的作用下發(fā)生轉(zhuǎn)換，從而隨著催化劑上的中間產(chǎn)物和樹脂上羥基的交換，使光催化劑的光催化性和表面結(jié)構(gòu)得到恢復(fù)。樹脂劇烈摩擦產(chǎn)生的碎片帶有很大能量，可以瞬間轉(zhuǎn)移到云母鋅上，改變其極性，使其分散性得到很大的改善，有利于光催化過程。

失活的云母鋅復(fù)合材料經(jīng)過再生后，與定量甲基橙配成200ml混合溶液，進行紫外照射，使其再次失活，紫外照射前后對混合溶液進行COD測定，并進行催化劑的COD單位去除量。

納米ZnO/云母經(jīng)過4次再生后，云母鋅的COD去除量并未有明顯降低；納米ZnO/云母中云母與ZnO的質(zhì)量比為3：4，經(jīng)計算當中ZnO的COD單位去除量基本不變。綜上，說明再生產(chǎn)物的光催化性能比較好，與原產(chǎn)物相比未發(fā)生較大變化，再生實驗較成功。

三、結(jié)論

以離子交換樹脂作為交換絡(luò)合劑，以ZnSO4·7H2O和層狀云母為原料，在水浴條件下制備納米ZnO/云母復(fù)合材料，對鍍膜條件進行了優(yōu)化；并對其光催化性能進行了評價；最后還對失活的納米ZnO/云母復(fù)合材料進行了循環(huán)再生。

云母與ZnSO4·7H2O質(zhì)量比為1：3的溶液，與陰離子交換樹脂混合，在60℃的水浴中攪拌，反應(yīng)時間為3h的條件下制備了納米/云母復(fù)合材料。

甲基橙的特征峰，分別是290nm和465nm。290nm出的吸收峰是由苯環(huán)共軛體系產(chǎn)生的，一般較難降解；而465nm處的吸收峰是由甲基橙的偶氮雙鍵顯色集團產(chǎn)生的，一般較容易配降解。納米ZnO/云母復(fù)合材料在弱堿性條件，紫外燈照射4h下光催化性能良好，其顏色去除率最大可達96%，COD去除率可達83%。endprint