聚合物辅助溶剂热合成ZnO纳米材料及其对Cr(VI)的光降解研究

通过简单的溶剂热法，在聚乙烯吡咯烷酮(PVP)辅助下，乙二醇(EG)作为溶剂制备了的ZnO微/纳米材料。本文探究了不同的反应参数(反应时间、PVP的用量)对产物尺寸、晶相和形貌等的影响，制备出的空心球状ZnO。产品通过X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)进行表征。SEM结果表明随反应时间延长，所得到空心球状ZnO微/纳米结构的空隙会增大。在反应体系中，PVP作为结构导向剂和分散剂，用量为0.08 g时，所得产物的分散效果最好。经过表征发现，ZnO空心球是一种介孔物质，BET比表面积为83.26 m2/g。同时，在使用紫外灯(250 W高压汞灯)的辐照下，通过冰醋酸调节溶液的pH值，检测了空心球状ZnO对K2Cr2O7溶液的光降解活性，发现在pH = 5的条件下，空心球状ZnO表现出最佳的光催化降解性能。

ZnO 是一种新型多功能的精细无机材料。可以表现出许多特殊的性能，如荧光性、非迁移性、吸收或者散射紫外线的能力等。纳米级ZnO 由于其尺寸的细微化，使得纳米级ZnO 与其块体纳米材料相比， 具有独特的表面与界面效应、小尺寸效应、量子效应[1]等性能。与其他半导体材料相比，ZnO 纳米材料具有易于合成、无毒性、使用成本相对低廉等优点[2] [3] [4] [5]，这些优点对于实际来说有极大的应用价值。

在天然环境中Cr 主要表现为Cr(VI)和Cr(III)，其中Cr(VI)比Cr(III)毒性、可溶性和流动性更强。由于其毒性、致突变性和对人类的致癌活性， Cr(VI)已被美国环境保护署(USEPA)列为优先污染物之一[6]。

现在已有许多降解Cr(VI)的技术，如化学沉淀[7]、离子交换[8]、电解[9]、和光催化还原[10]。其中光催化还原法具有无毒、安全、低成本和高效率等优点，可以在更短的时间内去除废水中的重金属，通过光还原法降解为危害较小的Cr(III)。ZnO 纳米颗粒具有较大表面积和大量吸附位点，这些结构特征可以促使有机污染物更有效地输送到光催化剂表面上，因此ZnO 可以作为光催化剂还原Cr(VI) [11] [12]。所以探究合适的方法制备ZnO 进行Cr(VI)的降解已经具有重要意义。

众所周知，PVP 作为非离子表面活性剂时，也可以在光催化剂合成中用作增稠剂或水溶性聚合物。

本文通过使用PVP 辅助溶剂热法合成ZnO，以乙二醇作为溶剂，通过调节PVP 的用量和反应时间，选择性合成ZnO 微/纳米材料，并研究在紫外光的照射下，合成的ZnO 在不同pH 下对Cr(VI)的降解效率， 从而探究出适宜的pH 对Cr(VI)的光催化降解的影响。