锌酞菁的溶剂热制备及其形貌与可见光催化性能研究

【摘要】随着人类工业文明的不断深入，环境污染和能源危机问题越发恶化，其中水资源紧缺与污染尤为严重。染料废水具有成分复杂、助剂和盐含量高、生物毒性大等特点，已成为工业废水的一个主要污染源。目前，可见光响应催化剂能在可见光驱动下对有机污染物进行氧化降解，能有效利用太阳光中能量占50%以上的可见光，是一种绿色环保的催化氧化技术，引起国内外广泛的关注。本课题采用溶剂热法制备锌酞菁微晶化合物，通过FE-SEM，TEM，XRD，FT-IR等表征手段，系统研究了锌酞菁的溶剂热制备、形貌及其在碳纤维表面上的原位生长，并研究了其可见光催化性能，结果发现：1、以邻苯二甲腈（PN）为酞菁的前驱体，二水合醋酸锌（Zn(Ac)2·2H2O）为金属盐，钼酸铵为催化剂，乙二醇（EG）为反应溶剂，通过一步溶剂热法制备得到集微米棒和微米球一体的锌酞菁（ZnPc），ZnPc在7h内可见光催化降解了40%的罗丹明B（RhB）染料。以聚乙二醇（PEG）和水为共溶剂时，能形成新型锌酞菁衍生物（ZnxMoyCzN1-x-y-z）微米花球，其在可见光照射下反应8h能将RhB完全降解，PEG的加入对ZnPc的形貌控制和光催化活性的提高起重要作用。2、通过在锌酞菁溶剂热反应中加入聚乙二醇（PEG）和十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）来调控锌酞菁的生长，一步法制备了直径约为2μm的蜂窝片层ZnPc微球（PEG-assistedZnPc）和直径约为100nm的ZnPc纳米球（CTAB-assistedZnPc）。实验表明，PEG-assitedZnPc的比表面积、孔径以及对RhB染料的可见光催化降解速率均大于CTAB-assistedZnPc。通过研究PEG分子量以及CTAB浓度对锌酞菁形貌的影响，推测出PEG-assistedZnPc是奥斯特瓦尔德熟化过程，CTAB-assistedZnPc是胶束成长过程。3、以EG为反应溶剂，在酸处理碳纤维上通过溶剂热法将ZnPc直接负载到碳纤维上制备得到锌酞菁/碳纤维复合物（ZnPc-CF），碳纤维上原位生长的ZnPc为直径约1μm的微球，定量分析得出其锌酞菁含量为0.5×10-6mol/mg。ZnPc-CF的可见光催化活性远远大于粉末锌酞菁，并且循环使用4次后，降解率仍高达92.5%。
【作者】占美清；
【导师】陈文兴；
【作者基本信息】浙江理工大学，材料学，2014，硕士
【关键词】光催化；溶剂热法；锌酞菁；染料废水；

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