半導(dǎo)體光催化由于其在修復(fù)環(huán)境方面有很多用處，比如二氧化鈦被用作光催化劑以除去水污染物。具有良好物理化學(xué)特性的制造材料是制造光催化劑的關(guān)鍵。在這方面，活性炭具有良好的質(zhì)地特性，例如高表面積和大孔體積和孔徑，已被用作分散半導(dǎo)體光催化劑的載體。本期我們由木質(zhì)素制備的活性炭負載氧化鋅制成的光催化劑，用于降解乙基紫染料。

　　活性炭光催化劑的制造方法

　　制造光催化劑有很多種，例如溶膠-凝膠，水熱法，沉淀和浸漬等。由于需要通過物理和/或化學(xué)方法處理活性炭的原料，許多高品質(zhì)的活性炭售價都比較高。因此，高成本妨礙了活性炭在幾個領(lǐng)域的應(yīng)用。不過近期的一些研發(fā)，使用工業(yè)和農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品包括廢紙，廢輪胎，稻殼，玉米芯，杏石，棗石等都有可能被用作制造活性炭的原料，制成的低成本活性炭可用于從廢水中去除染料。在這方面，本次實驗使用農(nóng)業(yè)廢棄物的木質(zhì)纖維素來制造活性炭。制成的活性炭通過用硝酸鋅浸漬活性炭來完成催化劑的制備。然后在管式爐中在氮氣流下400℃加熱6小時。選擇10%負載作為初步吸附研究的活性炭，并且用活性炭負載10%的氧化鋅獲得更好的去除效率。因此，在本研究中，我們利用活性炭負載10%的氧化鋅制成光催化劑。

　　活性炭的光催化實驗

　　光催化實驗通過以下步驟進行。將25mg活性炭分散在石英圓柱形夾套反應(yīng)器中的50mL乙基紫溶液中，初始濃度為20ppm，初始pH記錄為~8-9。注意到pH影響乙基紫光譜的行為，當染料溶液的介質(zhì)呈酸性時，顏色發(fā)生變。當pH為1.5和3時，染料的顏色在pH為1時變?yōu)辄S色，在綠色和藍色時變?yōu)樗{色。此外，當介質(zhì)為酸性時，在紅移時觀察到的帶寬變寬。發(fā)現(xiàn)當pH保持為堿性pH為~8-9時染料是穩(wěn)定的。然后將懸浮液在黑暗中以300rpm攪拌30分鐘。建立吸附-解吸平衡。

　　通過分光光度法估算光催化反應(yīng)后染料溶液的殘留濃度。通過峰值記錄吸光度，其活性炭對應(yīng)于乙基紫的吸收。通過使用在5和20ppm之間的濃度范圍內(nèi)繪制的EV的校準曲線，完成不同時間間隔的染料濃度的定量。

　　檢測分析

　　掃描電子顯微鏡分析：SEM研究證實了氧化鋅在活性炭載體上的負載，圖1示出了活性炭的SEM圖像。可以看出，活性炭呈細孔的不規(guī)則圖案。另外，氧化鋅顆粒沉積在活性炭的表面和孔中。仔細觀察表明活性炭表面上的片狀氧化鋅結(jié)構(gòu)。

　　圖1：活性炭載氧化鋅光催化劑的SEM圖像。

　　氮吸附分析：制備的活性炭載氧化鋅材料的氮等溫線如圖2(a)所示。等溫線具有I型和II型的組合，表明活性炭中存在微孔和中孔。圖2(b)顯示了活性炭材料的孔徑分布。該催化劑具有分層凝固孔，其中一組孔主要位于13A區(qū)域附近，而一組孔位于50至125A區(qū)域。發(fā)現(xiàn)獲得的孔體積低于純活性炭的孔體積。這可能是由于形成封裝在孔內(nèi)的氧化鋅納米顆粒。

　　圖2：(a)氮物理吸附等溫線和(b)活性炭載氧化鋅光催化劑的孔徑分布圖。

　　熱重分析：通過使用TGA分析研究了合成催化劑活性炭的熱穩(wěn)定性。發(fā)現(xiàn)催化劑是穩(wěn)定的，并且在450℃的溫度下記錄了約2%的重量損失(圖3)，并且可以清楚地看出浸漬降低了碳含量并因此導(dǎo)致孔隙的減少。

　　圖3：活性炭載氧化鋅光催化劑的TGA分析。

　　活性炭光催化降解乙基紫

　　首先將用25mg活性炭催化劑和50mL乙基紫溶液制備的懸浮液攪拌30分鐘。發(fā)現(xiàn)在30分鐘內(nèi)達到吸附-解吸平衡。計算120分鐘后吸附乙基紫的量。為了比較，在沒有活性炭催化劑的情況下進行光解時，僅用染料溶液觀察到變色，而當使用催化劑時發(fā)生降解。圖4顯示了殘余染料溶液相對于照射時間的相對濃度。

　　圖4：在紫外線照射下在活性炭催化劑存在下直接光解和乙基紫降解的曲線圖。

　　使用農(nóng)業(yè)廢棄物的木質(zhì)纖維素作為活性炭的原料，通過簡便的方法制備可持續(xù)和多功能的活性炭光催化劑。經(jīng)過我們對材料性質(zhì)的分析與實際應(yīng)用上的研究，發(fā)現(xiàn)使用活性氧化物材料(例如二氧化鈦和氧化鋅)改性該活性炭材料能很好的催化降解乙基紫，也可以用于其他環(huán)境修復(fù)的光催化劑，擁有價格便宜，效果好等優(yōu)點。

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