Исследование ширины запрещенной зоны и фотокатолитической активности под воздействием ультрафиолетового облучения и видимого света в разложении фенола наноструктурных материалов на основе оксида цинка ZnO, синтезируемых в ФГБОУ ВО "СамГТУ" методом растворного СВС

Фотокаталитические методы очистки сточных вод и газообразных выбросов по целому ряду причин имеют большие перспективы для практического внедрения. Во-первых, фотокатализ позволяет устранять токсичные вещества, концентрация которых близка к предельно-допустимой (ПДК), что в отдельных случаях составляет 0,1 мг/л и ниже. Очистка от загрязняющих веществ, концентрация которых принимает такие низкие значения, традиционными методами, например при помощи сорбентов, затруднительна. Фотокаталитическая технология очистки основана на химической деструкции загрязняющих веществ, протекающей на поверхности нано- и микроразмерных частиц полупроводниковых материалов, фотокатализаторов. С поверхности этих частицы десорбируются молекулы уже не загрязняющего вещества, а продуктов его окисления. Второй важной причиной перспективности использования фотокатализа является экологичность этой технологии. Полное окисление токсичной органики протекает с образованием углекислого газа и воды, а значит, в результате фотокатализа не образуется нелетучих побочных продуктов. В число наиболее популярных фотокатализаторов входит оксид цинка. Этот материал обладает высокой фотокаталитической активностью [1], низкой токсичностью [2], а также может быть получен доступными химическими методами в виде дисперсных частиц. При этом большинство химических методов синтеза, основанных на принципах коллоидной химии, позволяют получать частицы оксидов металлов в ограниченных количествах. Создание промышленной технологии фотокатализа невозможно без наличия технологии производства дисперсных частиц полупроводников в большом количестве. Технология самовоспламеняющегося высокотемпературного синтеза (СВС) позволяет массово производить порошки оксидов металлов, состоящие из частиц широкого размерного диапазона. В частности, эта технология используется для получения порошков оксида цинка [3] и может позволить создавать фотокатализаторы для промышленных применений. Настоящая работа посвящена исследованию закономерностей влияния условий синтеза порошков оксида цинка методов СВС, а также режимов последующего помола и отжига на их гранулометрический состав, ширину запрещенной зоны и фотокаталитическую активность. Объектом исследования являются дисперсные порошки оксида цинка, полученные методом самовоспламеняющегося высокотемпературного синтеза. Цель работы – определение закономерностей влияния условий синтеза порошков оксида цинка на их свойства и фотокаталитическую активность. Для решения поставленных задач применяли современные методы исследований и оборудование: метод измерения гранулометрического состава порошков путем лазерной дифракции, метод регистрации края оптического поглощения полупроводников, метод спектрофлуориметрии, метод спектрофотометрии и др. В ходе работ были решены следующие задачи: изучен гранулометрический состав представленных порошков оксида цинка, измерена величина ширины запрещенной зоны представленных образцов оксида цинка, а также изучена фотокаталитическая активность данных порошков. В результате выполнения работы выявлено, что не только наночастицы, но частицы оксида цинка размером от 5 до 10 мкм проявляют фотокаталитическую активность. Установлено, что режим помола оказывает существенное влияние на фотокаталитическую активность, помол порошков в ступке способствует увеличению фотокаталитической активности оксида цинка, при этом помол в барабанной и шаровой мельницах наоборот отрицательно сказывается на фотокаталитической активности. Обнаружено, что молярное отношение лимонной кислоты к ионам цинка в процессе синтеза, влияет на фотокаталитическую активность. Увеличение концентрации лимонной кислоты отрицательно влияет на фотокаталитические свойства полученных частиц оксида цинка.