ZnO改性#12131;物碳基光催化材料的制备与性能研究开题报告

我国经济持续快速发展,但是伴随着高发展速度的却是较低的经济质量,产业结构依靠高能耗、高污染的项目,导致我国环境污染严重。近年来,环保问题已经得到国家政府的重视。以碳质材料为载体的氧化物复合光催化材料一直以来都是环境污染治理材料领域研究的热点，这类材料通过碳材料负载纳米氧化物形成光催化材料，同时发挥碳材料的高吸附的特性与氧化物纳米材料的光催化性能，实现对有机污染物的高效降解。由于在应用过程中，碳材料即是氧化物纳米材料的载体，也是污染物的吸附剂，因此，碳材料的结构对复合材料性能的发挥有着关键的作用。

在光催化材料中，氧化锌是的一种广泛应用的氧化物材料，由于其来源广泛，易于制备，性能显著，因而在研究与应用中受到广泛的关注。

氧化锌是锌的一种氧化物。难溶于水，可溶于酸和强碱。氧化锌是一种常用的化学添加剂，广泛地应用于塑料、硅酸盐制品、合成橡胶、等产品的制作中。氧化锌的能带隙和激子束缚能较大，透明度高，有优异的常温发光性能，在半导体领域的液晶显示器、薄膜晶体管、发光二极管等产品中均有应用。

关于纳米氧化锌的制备有较多报道，其主要的制备方法有：机械粉碎法、固相反应法、直接沉淀法、溶胶- 凝胶法（sol-gel 法）均匀沉淀法、热分解法等。其中，水热法是一种较为普通且有效的方法，该方法能制得粒径分布窄、纯度高、无团聚且均匀性较好的氧化锌纳米粒子。

纳米氧化锌具有良好的光学性质，在治理污染及诸多领域都有很好的发展前景。纳米氧化锌还具有很多特点。具体如下：

（1）抗紫外线。纳米氧化锌的紫外-可见光特性的研究表明，在可见光区，纳米氧化锌比普通氧化锌对可见光的吸收弱得多，有很好的透过率

（2）催化降解。可以用在杀菌陶瓷和抗菌纤维等领域

（3）导电性能。纳米氧化锌颗粒可以用作导电纤维、塑料、涂料的填充剂以提高产品的导电性能和抗静电能力。

（4）气敏性能。与薄膜材料性比，纳米氧化锌颗粒小、比表面积大，这样它对气体的吸附量就大，所以纳米氧化锌颗粒有可能具有较好的气敏性

但是氧化锌材料往往在应用过程中作为无机物与有机物相混，但是直接将氧化锌添加到有机物中相当的困难，容易团聚现象。这就涉及到复合材料这个概念。生物碳质是一种来源非常广的载体，可以与多种材料形成复合材料以拥有更多，更良好的物理化学性能。

生物质碳是以生物质为原料，在缺氧条件下热解得到的一定芳香化且难溶的固体碳质材料，具有比表面积大、离子交换能力好、孔隙度高等有点。基于生物质炭的优异特性，被越来越多地应用于改性纳米ZnO,来延长光生电子-空穴对的寿命，同时为复合体系提供良好的吸附能力，以解决纳米ZnO吸附能力相对较弱的不足。目前，生物质材料主要由果壳、稻壳、秸秆、木质素等生物质制得，吸附能力也有所限制，因此进一步提高生物质炭材料的吸附能力对提高ZnO的光催化效率显得十分重要。如果将天然生物作为模板用于材料合成的话，便有可能实现具有生物结构特性的碳基复合材料的制备，为材料合成开辟一条与自然相结合的新途径。与一般碳材料相比，碳纳米材料可可以克服表面活性位点密度低、吸附件活化能低、吸附动力学缓慢等局限性，被越来越多的应用于水体中的有机物去除。

近期的研究表明，Zn² 在水热反应的过程中不仅可以作为原料生成纳米ZnO，也可以作为结构调节剂用于生物质的水热碳化过程，能够显著的改变所生成的生物碳的结构与形貌，相比于其他金属离子，锌离子活化制备的生物质炭的吸附性能最好。但目前的研究中，通常在生物碳形成后，将Zn² 去除，仅保留碳材料。所以如何在Zn² 调控生物碳材料结构制成生物碳材料的同时将ZnO制备出来，负载在生物碳上形成新型复合材料是此课题的研究方向。

本课题创新性地利用Zn² 对生物质碳结构的调控，同时把ZnO保留下来。并选用花生壳作为生物质炭原料，因为花生壳作为典型的生物废弃物，将其加以利用会具有非常好的环境效益和经济效益。并且根据观察发现，自然界中的花生壳含有非常可观的碳量，是制备生物碳的理想原料，而且花生壳具有多层纤维网格状结构，表面多孔特征非常显著。其经过水热碳化之后形成的碳材料不仅具有高比表面积的特性，同时具备了良好的吸附性能，能够很好地吸附水中的各种污染物。将氧化锌与花生壳生物碳材料复合，不仅能够避免纳米氧化锌发生团聚，提高材料的比表面积，同时还能够赋予复合材料良好的吸附特性，从而提升材料净化污水的能力。

综上所述，本课题拟将Zn² 同时作为结构调节剂与锌源与生物废弃物同时进行水热反应，一方面利用Zn² 调控生物碳的结构，另一方面将ZnO负载与生成的生物碳上，实现ZnO/生物碳复合光催化材料的制备，同时研究不同的反应条件对所制备光催化材料的结构与性能的影响，探索复合光催化材料的最优化制备方法。对其物理化学性能进行表彰，并以亚甲基蓝为模型污染物，研究ZnO/生物碳复合材料去污性能。

1.水热法将花生壳与氧化锌一步合成得到材料

2.合成条件对产物性能和结构的影响

3.利用X射线衍射法(XRD)、扫描电镜(SEM)等对样品进行结构和性能的表征

4.复合后的生物质碳基氧化锌光催化材料的性能研究。

预期目标：得到生物质碳基复合纳米氧化锌光催化材料，获得高比表面积，赋予材料更好的光催化性能。

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