微波法制備磷酸鋯及光催化性能.pdf

1、磷酸鋯是一種重要的四價(jià)金屬磷酸鹽，它具有穩(wěn)定的物理化學(xué)性質(zhì)和層狀化合物獨(dú)特的插入反應(yīng)特性，已經(jīng)成為一類性能優(yōu)良的多功能材料。傳統(tǒng)的磷酸鋯合成方法主要有溶膠回流法、水熱法、溶膠-凝膠法、直接沉淀法等，但這些方法都需要在高濃度磷酸存在下反應(yīng)才能得到磷酸鋯，反應(yīng)時(shí)間長（一般1-7天）、甚至需要高溫高壓及高溫煅燒、操作繁瑣。
　　微波輔助合成是一種新型的材料合成方法，微波導(dǎo)入能量的方式可以提高反應(yīng)加熱效率，與傳統(tǒng)方法相比具有反應(yīng)時(shí)間更短、

2、反應(yīng)溫度更低，產(chǎn)物顆粒粒徑分布窄、分散性好、團(tuán)聚少、晶粒完整且結(jié)晶性好等優(yōu)點(diǎn)，并且微波的非熱效應(yīng)能夠影響產(chǎn)物晶型的形成。目前尚未見使用微波輔助法合成磷酸鋯（α-ZrP）的研究報(bào)道。本論文采用微波加熱的方式開展了磷酸鋯合成新方法的一系列實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)合了微波合成的優(yōu)勢，探索一種簡便、快速的合成方法來打破磷酸鋯合成應(yīng)用的局限。內(nèi)容涉及α-ZrP的制備、摻雜以及光催化降解染料。
　　本論文主要采用氧氯化鋯為鋯源、氟化銨為絡(luò)合劑、磷酸為磷源

3、，在低溫（<100℃）和常壓條件下，微波輔助加熱法在較短時(shí)間內(nèi)制備得到規(guī)則的六角形片狀結(jié)構(gòu)Zr(HPO4)2·H2O(簡寫為α-ZrP)晶體。研究了不同反應(yīng)物濃度下 NH4F與 ZrOCl2·8H2O摩爾比、磷酸與ZrOCl2·8H2O摩爾比、微波加熱反應(yīng)時(shí)間、溫度等因素對于合成磷酸鋯晶體的影響。結(jié)果表明：NH4F與 ZrOCl2·8H2O摩爾比、磷酸與ZrOCl2·8H2O摩爾比、微波加熱反應(yīng)時(shí)間、溫度等因素對磷酸鋯晶體的晶型沒有影響

4、，但對磷酸鋯晶體的結(jié)晶度和表面形態(tài)會(huì)產(chǎn)生影響。因此，通過控制適宜的反應(yīng)條件，低溫常壓條件下才能迅速制備得到規(guī)則六角形片狀的磷酸鋯晶體。
　　磷酸鋯也是一種具有光催化活性的半導(dǎo)體，而且通過有機(jī)無機(jī)插層可以制備多功能復(fù)合材料，使其在光催化染料降解等方面具有良好應(yīng)用前景。本實(shí)驗(yàn)通過光催化降解陽離子染料羅丹明 B來檢測所制備的磷酸鋯粉體的光催化活性。發(fā)現(xiàn)磷酸鋯晶體具有一定的可見光光催化活性。
　　為進(jìn)一步提高磷酸鋯粉體的光催化性能，

5、結(jié)合磷酸鋯獨(dú)特的插層性質(zhì)，采用微波法摻雜二氧化鈦（P25）制備得到P25-ZrP復(fù)合材料。進(jìn)一步研究了P25-ZrP復(fù)合材料在光催化降解染料時(shí)P25-ZrP比例、光照時(shí)間、染料濃度、光催化劑用量、pH等對其光催化性能的影響。結(jié)果表明：隨著P25-ZrP比例不斷變大，P25-ZrP復(fù)合材料的光催化活性先增加后減??；隨著光照時(shí)間的延長，P25-ZrP復(fù)合材料的光催化染料降解率不斷提高；染料濃度增加，P25-ZrP復(fù)合材料的光催化染料降解率逐

6、漸降低；光催化劑用量增加，P25-ZrP復(fù)合材料的光催化效果先增加后減?。浑S著pH的增大，P25-ZrP復(fù)合材料的光催化效果先增加后減小。與未摻雜的α-ZrP相比，P25-ZrP復(fù)合材料的光催化活性有大幅度提高，最佳的P25-ZrP比例為1:6。通過降解羅丹明B染料溶液的一系列光催化實(shí)驗(yàn)得知，濃度為6×10-5mol/L的羅丹明B溶液最佳降解條件為：溶液初始pH為4，光照3h，（1:6）P25-ZrP復(fù)合光催化劑用量為3.6 g/L。<