直接沉淀法制备纳米氧化锌晶体及其光催化降解性能研究

　第29卷第2期 硅　酸　盐　通　报 Vol .29　No .2　2010年4月 BULLETI N OF T HE CH I N ESE CERAM I C S OC I ETY Ap ril,2010　

直接沉淀法制备纳米氧化锌晶体及其

光催化降解性能研究

郭志峰,田　硕,王凌勇,张丽霞,宋彩瑜

(河北大学化学与环境科学学院教育部药物化学与分子诊断实验室,保定　071002)

摘要:以乙酸锌(Zn (CH 3COO )2)和草酸(H 2C 2O 4)为原料,采用直接沉淀法,分别在水相和有机相中,制备出两份纳米氧化锌。以它们作为光催化剂,考察了酸性红G 水溶液在可见光下的褪色实验和N,N 2二甲基乙酰胺(DMAC )水溶液紫外光催化降解实验。实验结果表明:(1)直接沉淀法制备的两份样品,经X 衍射和扫描电镜分析是纳米氧化锌;以它们作为光催化剂,都能使酸性红G,在可见光下褪色,褪色速率与Zn O 纳米粒度有关。(2)加入纳米氧化锌能够提高DMAC 水溶液的紫外降解速率;降解过程中发生了去甲基化反应,产物是N,N 2二甲基甲酰胺。

关键词:氧化锌晶体;酸性红;紫外光降解;N,N 2二甲基乙酰胺

中图分类号:O78 文献标识码:A 文章编号:100121625(2010)022*******

Prepara ti on of Nano ZnO Crysta lli za ti on by the D i rect Prec i p it a ti on

and Its Character isti c Photodegrada ti on

G UO Zh i 2feng,TI AN S huo,WAN G L ing 2yong,ZHAN G L i 2xia,SON G Cai 2yu

(Key Laborat ory of Medical Che m istry and Molecular D iagnosis,M inistry of Educati on;

College of Che m istry and Envir onmental Science,Hebei University,Baoding 071002,China )

Abstract:Nano 2zinc oxide crystallisati on was p repared using zinc acetate and oxalic acid as ra w materials by the direct p reci p itati on .T o study of the capability of phot ocatalytic degradati on of zinc oxide crystallisati on obtained in aqueous and organic s olvents,the degradati on of az orubine G was carried out under the sunlight in conditi on of ultravi olet light avoidance .I n additi on,we als o researched the r ole of zinc oxide crystallisati ons as a phot o catalyst in degradati on of the N,N 2methyl 2aceta m ide s oluti on under ultravi olet light .The result showed that:(1)the t w o p iece of sa mp le are nano 2zinc oxide crystallisati ons by X difference and SE M;A s a phot o catalyst,it can have az orubine G s oluti on faded under visible light and the fading rate depends on the size of the zinc oxide p repared .(2)It can i m p r ove the degradati on rate of N,N 2methyl 2aceta m ide t o add the zinc oxide and it happened the de methyl reacti on then N,N 2di m etyl 2were p r oduced .

Key words:zinc oxide crystallisati on;az orubine;ultravi olet phot odegradati on;N,N 2di m ethylaceta m ide

作者简介:郭志峰(19552),男,研究员.主要从事材料分析研究.E 2mail:gzfvg@hbu .edu .cn

1　引　言

光催化降解是一种以半导体金属氧化物作催化剂,利用光能的降解技术。它可以用来降解去除水中有机污染物,降解效率与所用的催化剂直接关联。近年来研究发现,除了锐钛型的Ti O 2可作为光催化剂外,

　专题论文硅酸盐通报 第29卷330

Zn O由于与Ti O2具有相似的能带结构,也可作光催化剂并具有很好降解有机物能力[1,2]。

ZnO属宽禁带II2V I族化合物半导体材料,禁带宽度约为3.3e V[3]。ZnO作为光解催化剂的特点是,激子束缚能(60me V),远远高于室温下的热离化能(26me V),所以即使在高于室温下也能长时间维持受激形成的电子2空穴对浓度,是较理想的长效光催化降解材料[426]。从理论上讲,ZnO具有良好的近紫外光发射能力,能发出稳定的蓝光和紫外光,除对水中有机污染物进行光解外,还可将水中的重金属离子还原,而不会去除水中对人体有益的矿物质元素[7,8]。

纳米Zn O的制备方法很多,按合成材料环境的不同,一般可以分为气相法、液相法和固相法[6,7]。本实验采用直接沉淀法制备纳米氧化锌,制备出的粉末样品做了扫描电镜和X光衍射分析;并以它们作为光催化剂,在日光和紫外光下分别降解了酸性红G和N,N2二甲基乙酰胺(D MAC),考察它们的光催化降解性能。

2　实　验

2.1　仪器及材料

HP6890N气相色谱(Agilent Technol ogies),VG7070E色质联用仪(英国M icr o mass公司);XP A光反应器(300W,汞灯控制器);箱式电阻炉(天津东丽实验电炉厂);AD24型自动天平;乙酸锌(分析纯);草酸(分析纯);乙醚(分析纯);三氯甲烷(分析纯);DMAC(分析纯);所用水均为石英亚沸水。

2.2　氧化锌晶体的制备

精确称取乙酸锌4.380g两份,分别放入200mL容量瓶中,一个加水到刻度,配制成乙酸锌水溶液A (0.1mol・L-1);另一个加水2甲醇3∶1(V∶V)混合溶液加到刻度,配制成乙酸锌溶液B(0.1mol・L-1)。精确称取草酸3.780g,放入200mL容量瓶中,加水至刻度,配制成草酸溶液C(0.15mol・L-1)。取溶液A50mL,倒入锥形瓶中,在酸式滴定管中倒入溶液C,将溶液C滴加到锥形瓶中(2～3滴/m in),同时搅拌,溶液逐渐变浑,伴有草酸锌沉淀生成,9h后,溶液混浊度不再变化,溶液反应完毕。滤出沉淀物,用水冲洗三遍,入烘箱烘干(100℃)去除水份;烘干的草酸锌粉末,置洗净坩埚中,在箱式电阻炉中反应40m in(450℃);制得氧化锌晶体,编号为试样一。同样方法,将草酸溶液C滴加到乙酸锌溶液B中,沉淀出草酸锌,用丙酮冲洗沉淀三遍,再用水冲洗三遍,按上述方法烘干、加热分解;制得氧化锌晶体,编号为试样二。

2.3　日光下有机染料褪色实验

移取酸性红G溶液(1000mg/L)10mL,到200mL容量瓶中定溶,配制成酸性红溶液(50mg/L)。移取该溶液50mL两份,分别置于两只普通玻璃锥形瓶中(50mL),每只加入ZnO晶体试样一和试样二各45mg,加玻璃盖置阳光下。另取一份相同浓度的酸性红溶液,不加ZnO,作为对比,观察三份溶液颜色变化。

2.4　DM AC的紫外降解

2.4.1　Zn O催化降解DMAC

取DMAC溶液(100mL・L-1)350mL,用分析天平精确称取试样一28.9mg,放入紫外光反应器中,加磁搅拌,置于紫外光源下降解。分别在15m in、30m in、45m in、60m in、75m in、90m in各取出5mL,放入冰箱中低温冷藏,备GC/MS分析。

微量进样器,分别抽取上述样品1L进GC/MS分析;每个样品分析三次,取三次DMAC色谱峰面积求平均值。以降解时间为横坐标,DMAC峰面积为纵坐标绘图,

再取DMAC溶液(100mL・L-1)350mL,放入紫外光反应器中,不加Zn O,加磁搅拌,以同样方法,置于紫外光源下降解作为空白。

2.4.2　DMAC的标准曲线

移取DMAC0.1mL到100mL容量瓶中,添加水到刻度,配制成1000mL・L-1的DMAC母液。用母液加水分别稀释成20mL・L-1,30mL・L-1,40mL・L-1,50mL・L-1,60mL・L-1的DMAC标准溶液各10mL,备GC/MS做标准曲线。

用微量进样器,抽取上述标准溶液1L进样分析;每种浓度进样3次,色谱峰面积取3次平均值。以纵