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溶胶—凝胶法制备棒状氮掺杂纳米氧化锌及其性能研究

作　者: 王琴
导　师: 郑敏
学　校: 苏州大学
专　业: 纺织化学与染整工程
关键词: 溶胶-凝胶 棒状 氮掺杂氧化锌 光催化 防紫外
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


近年来日益成熟和发展的纳米技术不仅极大提高了ZnO在光电领域的应用性能,而且赋予其强的光催化活性以及强紫外线吸收和散射能力,在光催化降解、杀菌和消除环境污染物领域引起了人们广泛的关注。本文利用溶胶-凝胶法制备棒状氮掺杂纳米ZnO粉体。通过X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、热失重分析(TG)对粉体进行表征,分析讨论了制备过程中各种因素对氮掺杂纳米ZnO形貌的影响,确定了制备棒状N掺杂纳米ZnO的最佳条件。系统的研究了该类材料对亚甲基蓝溶液的光催化降解性能和对棉织物的防紫外性能。主要研究工作和成果如下:(1)以硝酸锌,尿素,氨水等为原料,利用溶胶-凝胶法制备出高性能的粉色的棒状氮掺杂纳米ZnO。(2)研究讨论了实验过程中的主要影响因素,当氨水用量为50mL,尿素用量为20 g/L,表面活性剂PVP的浓度为10g/L,80℃时恒温4h,煅烧温度为550℃时所得到的晶体呈现出规则的棒状结构,粉体均为粉色,平均粒径为26nm,晶相与标准立方相ZnO衍射峰一致,没有其他杂峰出现,N的掺杂含量为1.25%。(3)通过对N的掺杂浓度,N掺杂纳米ZnO的浓度,晶体的形貌,溶液的初始pH值,亚甲基蓝的初始浓度,光源等影响因素的研究发现,在N的掺杂比例为1.5%,溶液pH=9,亚甲基蓝的初始浓度为10mg/L,光源为300W的汞灯的条件下,使用0.15g/L的棒状N掺杂纳米ZnO时,30min内光催化降解效率最好。(4)通过对光催化性能得研究发现,空穴和电子在催化降解过程中起比较重要的作用。(5)通过因素对比分析发现,用4g/L的棒状N掺杂纳米ZnO整理后的棉织物具有较强而且持久的紫外屏蔽效果,整理后的棉织物的UPF值为38.66,且水洗20次后仍然保持优良的紫外屏蔽性能。本文首次利用溶胶-凝胶法合成出棒状氮掺杂纳米氧化锌,实现了在掺杂的同时对晶体形貌的控制,且实验成本较低。使用该催化剂催化亚甲基蓝水溶液,催化效率大大提高;同时该粉体大大提高了棉织物的防紫外性能。

全文目录


中文摘要  4-6
Abstract  6-10
第一章 文献综述  10-22
  1.1 前言  10
  1.2 溶胶-凝胶法的应用现状  10-11
  1.3 N 掺杂纳米ZnO  11-17
    1.3.1 N 掺杂纳米ZnO 的开发现状  12-13
    1.3.2 N 掺杂纳米ZnO 晶体的生长  13-17
  1.4 纳米ZnO 的光催化降解性  17-20
    1.4.1 纳米ZnO 降解亚甲基蓝及掺杂在催化降解中的应用  18-19
    1.4.2 光催化降解的影响因素  19-20
  1.5 纳米ZnO 的紫外屏蔽性  20-21
    1.5.1 纳米ZnO 紫外屏蔽性的特点  20
    1.5.2 纳米ZnO 的抗紫外机理  20-21
  1.6 棒状N 掺杂纳米ZnO 研究中存在的问题  21
  1.7 本课题研究的内容和目的  21-22
第二章 棒状N 掺杂纳米ZnO 的制备  22-34
  2.1 实验  22-23
    2.1.1 实验药品及仪器  22
    2.1.2 实验方法  22-23
  2.2 测试表征  23-24
  2.3 结果与讨论  24-33
    2.3.1 氨水的用量  24-26
    2.3.2 尿素的用量  26-27
    2.3.3 表面活性剂PVP 的用量  27-29
    2.3.4 恒温温度  29-30
    2.3.5 恒温时间  30-31
    2.3.7 前驱体热分析  31-32
    2.3.6 燃烧温度  32-33
  本章小结  33-34
第三章 棒状N 掺杂纳米ZnO 催化降解亚甲基蓝  34-44
  3.1 实验  34-35
    3.1.1 实验药品及仪器  34-35
    3.1.2 实验方法  35
  3.2 亚甲基蓝降解的实验  35-42
    3.2.1 吸收曲线的测定  35-36
    3.2.2 参比实验  36
    3.2.3 光催化降解影响因素  36-42
  3.3 光催化剂的回收和利用  42
  3.4 光催化降解机理  42-43
  本章小结  43-44
第四章 棒状氮掺杂纳米ZnO 的防紫外性研究  44-50
  4.1 实验  44-45
    4.1.1 实验药品和仪器  44-45
    4.1.2 实验方法  45
  4.2 性能测试  45-46
    4.2.1 抗紫外线测试  45
    4.2.2 耐水洗性测试  45-46
  4.3 结果与讨论  46-48
    4.3.1 棒状氮掺杂纳米ZnO 用量对棉织物紫外屏蔽性的影响  46-47
    4.3.2 不同形貌的氮掺杂纳米ZnO 对棉织物的紫外屏蔽性的影响  47-48
    4.3.3 棉织物整理效果耐久性分析  48
  本章小结  48-50
第五章 结论与展望  50-52
参考文献  52-57
硕士期间已发表的学术论文  57-58
致谢  58-59

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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