鋅鋁水滑石表面金屬酞菁修飾和骨架鐵摻雜對光催化劑降解水中有機(jī)物的影響.pdf

1、光催化是催化化學(xué)、光電化學(xué)、半導(dǎo)體物理、材料科學(xué)和環(huán)境科學(xué)等多學(xué)科交叉的一個新興學(xué)科領(lǐng)域，它為人們利用太陽光能解決能源與環(huán)境問題提供了新的解決方案。具有光活性的物質(zhì)很多，諸如金屬氧化物半導(dǎo)體，染料，雜多酸等，還有由這些光活性物質(zhì)合成的具有各種特殊結(jié)構(gòu)的材料。水滑石(LDH)作為一種陰離子無機(jī)粘土材料，其在光催化領(lǐng)域的應(yīng)用正受到越來越多的關(guān)注。LDH具有特殊的層狀結(jié)構(gòu)，其對陰離子有很大吸附容量，且其合成方法簡單，易于制備，因此非常適合通過

2、負(fù)載或者改變其本體金屬元素的組成來實(shí)現(xiàn)對其光催化活性的改性。
　　 圍繞LDH的這一特殊結(jié)構(gòu)及其金屬元素組成易控的特性，本論文展開了骨架摻Fe(Ⅲ)的ZnAlLDH的紫外光催化活性和陰離子金屬酞菁負(fù)載的ZnAl LDH的可見光敏化活性的研究。全文分為兩個部分：
　　 第一部分，通過共沉淀法，將Fe(Ⅲ)加入到ZnAl LDH的層狀骨架上，通過多種分析手段對其或其焙燒產(chǎn)物結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，研究了Fe(Ⅲ)的加入對ZnAl LD

3、H結(jié)構(gòu)和熱穩(wěn)定性的影響。我們發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)e(Ⅲ)的加入不利于ZnAl LDH結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。較低溫度焙燒時，F(xiàn)e(Ⅲ)會生成FexOy，隨著活化溫度的升高，F(xiàn)e的氧化物會與生成的ZnO繼續(xù)反應(yīng)，生成尖晶石結(jié)構(gòu)。通過對水溶液中苯酚的紫外光降解實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)Fe(Ⅲ)的加入降低了催化劑的紫外光催化活性，結(jié)合對催化劑的組成結(jié)構(gòu)分析，我們認(rèn)為這是由于Fe(Ⅲ)的加入不利于ZnO晶粒的生長，且在焙燒過程中產(chǎn)生光活性差的FexOy緣故，而FexOy在本實(shí)驗(yàn)

4、條件下未能與ZnO發(fā)生正協(xié)同作用。
　　 第二部分，通過在ZnAl類水滑石化合物上負(fù)載金屬酞菁，一方面實(shí)現(xiàn)了水溶性四羧基酞菁鋅(ZnPc)的固載化，另一方面也通過染料敏化作用對ZnAl LDH進(jìn)行了可見光活性的改性。實(shí)驗(yàn)中對負(fù)載前后的樣品做了XRD和UV-vis DRS表征，結(jié)果表明：以水滑石為載體很好的實(shí)現(xiàn)了ZnPc的負(fù)載。XRD數(shù)據(jù)表明，載體經(jīng)水溶液中負(fù)載后，層間結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，但層間距并未增加，即負(fù)載僅發(fā)生在水滑石表面，且

5、經(jīng)ZnPc負(fù)載后，催化劑在400-800 nm有了明顯的可見光吸收；而負(fù)載前后，ZnPc的UV-vis DRS光譜吸收峰位置發(fā)生了紅移變寬現(xiàn)象，但光譜形狀未發(fā)生明顯改變，表明經(jīng)負(fù)載后的ZnPc與載體之間確實(shí)發(fā)生了相互作用力，但酞菁結(jié)構(gòu)沒有在負(fù)載過程中遭到破壞。以4-氯苯酚為底物研究不同負(fù)載條件及反應(yīng)初始pH值對負(fù)載催化劑的可見光催化降解活性的影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，以經(jīng)300℃焙燒的ZnAl(2:1)LDH作為載體負(fù)載1％(ppm％)ZnPc