摘 要： 本文設計了一個簡單易行的納米ZnO的合成及表征分析，運用XRD、紅外、DRS等表征了其結(jié)構(gòu)特征。以亞甲基藍為模型化合物、高壓汞燈為光源，探索了其光催化性能。通過實驗可使學生初步了解納米材料的基本知識、常用的表征分析方法，以及環(huán)境污染物降解處理方法。實驗內(nèi)容涵蓋材料化學、環(huán)境化學、無機材料合成、儀器分析、光催化性能測試等方面。實驗內(nèi)容的設置有利于培養(yǎng)學生的探索能力和科研能力。
　　關鍵詞： 環(huán)境化學 納米ZnO 制備 光催化性能
　　
　　環(huán)境化學實驗是環(huán)境化學課程體系的重要部分，有利于培養(yǎng)學生動手能力和科研興趣，具有不可或缺的獨特作用。通過環(huán)境化學實驗教學，一方面可以加深理論認識，培養(yǎng)創(chuàng)造性思維和能力，提高學生的綜合素質(zhì)，另一方面可指導學生將理論運用于實踐、指導實踐，有利于提高學生分析問題和解決問題的能力。環(huán)境化學實驗設計應反映新的科研成果，以提高學生的創(chuàng)新能力和科研能力。實驗內(nèi)容涉及化學、材料等交叉學科：材料、化學、環(huán)境、能源等，有助于拓寬學生的知識面。
　　光催化基于半導體材料在光激發(fā)下能夠產(chǎn)生具有強還原性的光生電子和具有強氧化性的空穴的基本特性，固體光催化劑能吸收太陽光將水和生物質(zhì)分解成氫氣，也能將空氣和水體環(huán)境中的有機污染物和無機污染物氧化或還原降解為無害物質(zhì)，因此具有低能耗、綠色的特征，被認為是一種高級催化氧化還原技術［１］。目前，光催化技術已經(jīng)在環(huán)境污染治理領域得到了重要應用，在氫能源開發(fā)方面也顯示出廣闊的發(fā)展前景。納米ZnO是一種可以降解多種有機污染物的納米級催化劑，特別是在水質(zhì)處理、有機物分解、農(nóng)藥降解等方面具有重要的應用［2］。特別在環(huán)境領域，由于納米ZnO具有無毒性、光催化活性高、無二次污染等特點，已經(jīng)成為新興高效的環(huán)保材料。
　　本文以硝酸鋅、三氟乙酸鈉為反應物，在900℃溫度下制備了氧化鋅催化劑。利用現(xiàn)代測試方法如XRD、DRS、FT-IR等手段對催化劑的結(jié)構(gòu)進行表征，并探討了納米粒子在紫外光照射下降解有機染料的活性，為有效源頭控制有機染料提供了合適的方法。
　　1.實驗部分
　　1.1試劑和儀器
　　利斯儀器有限公司）；Avatar360型FI-IR 光譜儀（美國Nicolet 公司）；紫外可見分光光度計（島津 UV-2450）；X射線粉末衍射儀（D/max2500PC）。
　　1.2光催化劑的表征分析
　　X—射線衍射分析在D/max2500PC型X射線衍射儀上進行，Cu靶線，射線管電壓40KV，電流40mA；樣品的紫外—可見上測定，采用KBr壓片。
　　1.3光催化降解實驗方法
　　以亞甲基藍（MB）為污染物研究合成材料的光催化活性，實驗過程如下：準確稱取0.05g的ZnO光催化劑，放入Pyrex反應瓶中，加入100 ml亞甲基藍溶液，移至光化學反應儀中，在暗反應條件下，磁力攪拌30分鐘，使固液界面達到吸附平衡（此時測得的吸光度值為起始值）。溫度控制在30℃，并設定空氣流量。隨后開啟光源（紫外光：2×125W汞燈），在一定時間間隔，取5 mL反應液離心數(shù)分鐘后，取其上清液，用紫外—可見分光光度計在波長664nm處測定MB溶液的吸光度。根據(jù)朗伯—比爾定律，溶液的吸光度與濃度成正比。因此可用吸光度代替濃度計2.結(jié)果與討論
　　經(jīng)過XRD、IR、DRS表征發(fā)現(xiàn)，合成的為高結(jié)晶度的納米ZnO粉體。光催化活性考察表明合成的納米ZnO具有較高的光催化降解活性。
　　學生在本實驗過程中可以學習納米ZnO光催化劑的一種水熱處理和高溫煅燒合成方法，鞏固掌握固體稱量、液體量取、催化劑洗滌等基本操作，并學習紫外可見分光光度計、紅外光譜和DRS的使用和操作方法。學習標準曲線建立的方法。建議用于學生實驗的納米ZnO光催化劑合成最佳條件為:900℃溫度煅燒。當催化劑用量為0.5g·l-1，MB初始濃度為10mg·l-1時，對亞甲基藍染料降解的效果最佳，1h后MB降解率為91％。
　　光催化技術已經(jīng)在環(huán)境難降解污染物、光解水、光催化殺菌、抗菌等環(huán)境保護、衛(wèi)生保健、清潔能源領域得到了廣泛應用。ZnO半導體光催化劑是目前應用較為廣泛的環(huán)境和能源保護功能性材料之一。本實驗可以讓學生了解環(huán)境污染物控制的新方法，使學生在學習環(huán)境化學基礎知識的同時，提高環(huán)境保護意識，增強環(huán)保責任感。
　　
　　參考文獻：
　　［1］Malato S，Vidal J B A，Richter C.Photocatalysis with solar energy at a pilot-plant scale：an overview［J］.Appl.Catal.B：EnViron.，2002，37:1-15.
　?。?］Xu F，Zhang P，Navrotsky A，Yuan Z Y，Ren T Z，Halasa M，Su B L.Hierarchically assembled porous ZnO nanoparticles：Synthesis，surface energy，and photocatalytic activity［J］.Chem.Materi.，2007，19：5680-5686.
　　注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文