甘蔗渣碳气凝胶负载纳米氧化锌的制备及其光催化性能研究

doi:10.19964/j.issn.1006-4990.2024-0032

摘要/Abstract

摘要：

通过浸渍-煅烧法成功制备出一系列甘蔗渣纤维素基碳气凝胶（BCCA）负载纳米氧化锌复合材料（BCCA/ZnO），并用于降解甲基橙染料（MO）。采用场发射扫描电镜（FE-SEM）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、紫外-可见光漫反射（UV-Vis DRS）、N₂吸附-脱附等测试方法对制备的BCCA/ZnO进行表征测试。研究结果表明，BCCA具有三维多孔网络状结构，经醋酸锌溶液浸泡、高温碳化后，在其表面原位生成球状纳米ZnO颗粒。在模拟紫外光条件下，BCCA/ZnO具有良好的催化活性，当pH=11时BCCA/ZnO-3可以在80 min内对MO的降解率为99%。重复使用4次后，BCCA/ZnO-3在80 min内对MO的降解率为99%，仍然具有优异的催化效果，表明BCCA/ZnO-3具有较好的稳定性和重复使用性。同时，探究了光催化降解机理，发现·OH起主要作用，h⁺起次要作用，而·O₂^-不起作用。

关键词: 光催化, ZnO, 碳气凝胶, 甘蔗渣纤维素

Abstract:

A series of bagasse cellulose⁃based carbon aerogel⁃loaded zinc oxide nanocomposite（BCCA/ZnO） catalysts were successfully prepared by immersion⁃calcination method for the degradation of Methyl Orange（MO） dye.The prepared BCCA/ZnO was characterised by field emission scanning electron microscopy（FE-SEM），Fourier transform infrared spectroscopy（FT-IR），X-ray diffraction（XRD），X-ray photoelectron spectroscopy（XPS），UV-Vis diffuse reflection（UV-visible DRS） and specific surface area，etc.The study revealed that BCCA possessed a three⁃dimensional porous network structure.After being soaked in a zinc acetate solution and undergoing high⁃temperature carbonisation，spherical ZnO nanoparticles were generated in situ on the surface of BCCA.Excellent catalytic activity of BCCA/ZnO was demonstrated by simulating the UV environment，in which BCCA/ZnO-3 could degrade the MO solution in 80 min for 99% under the optimal conditions of pH=11.After 4 repeated use，the degradation efficiency of BCCA/ZnO-3 for MO was 99% in 80 min，which still showed excellent catalytic effect，indicating that it had good stability and reusability.While，the photocatalytic degradation mechanism was investigated.It was found that ·OH played a major role，h⁺ played a minor role，and ·O₂^- did not play a role.

Key words: photocatalysis, ZnO, carbon aerogel, bagasse cellulose

中图分类号:

TQ426.7

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图/表 11

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参考文献 24

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光催化剂	光源	用量/ （g·L^-1）	质量浓度/（mg·L^-1）	降解率/ %
ZnO/PiC-0.05^［20］	可见光（300 W氙灯）	0.2	10	99.9 （60 min）
TZR^［21］	紫外光（250 W汞灯）	0.5	20	99.2 （120 min）
TZ@rGO^［22］	紫外光 400 W汞灯）	0.125	10	99 （60 min）
ZnO/rGO^［23］	紫外光（250 W汞灯）	1.0	20	99.5 （120 min）
BCCA/ZnO-3	紫外光（300 W汞灯）	0.4	20	99 （80 min）

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