1、2023 年 第 1 期 化学工程与装备 2023 年 1 月 Chemical Engineering&Equipment 15 纳纳米米氧化锌氧化锌/氧化银氧化银的的制备及其对铀的光催化还原制备及其对铀的光催化还原4 4 朱雅兰1，胡鸣芳1，赵志勃2，黄鹤燕3（1西南科技大学生命科学与工程学院；2西南科技大学国防科技学院；3西南科技大学分析测试中心，四川 绵阳 621010）摘摘 要：要：随着全球经济的高速发展和能源短缺危机的加剧，核能的高速发展缓解能源短缺危机的同时会产生大量的含铀()废水在实际应用中给环境造成了严重的污染。利用光能处理环境中污染物的研究备受到广泛关注，为我国 2030
2、年碳峰值，2060 年前实现碳中和目标的实现做贡献。传统处理含铀废水的方法存在易产生二次污染、成本较高等诸多缺点。为此我们将一种禁带宽度较低的纳米 Ag2O 掺杂在 ZnO 中制成多孔 ZnO/Ag2O 复合材料研究其对铀()的光催化还原。在 pH 为 5.6 时对铀的光催化还原能力达到 650 mg/g。关键词：关键词：光催化；铀还原()；ZnO/Ag2O 基金项目：基金项目：四川省大学生创新创业训练计划项目（No:s202110619074）随着经济的快速发展，能源短缺的问题日益严重。核能是一种能够高效解决人类能源问题的新能源1-4。但切尔诺贝利事件以及日本的福岛核事故等核事故的发生排放大
3、量放射性核废物会长久性的威胁人类的健康安全5,6，给地球环境和人类健康造成了严重的危害。含铀废水的传统处理方法有物理吸附法、化学沉淀法、生物处理法7-11等,近年来光催化技术被广泛地应用于处理含有机污染物和金属离子的废水，将易溶的 U(VI)还原为难溶但由于 ZnO 具有较大禁带宽度(3.37eV)且为白色的性质不利于对光额响应成为制约其光催化还原含铀废水的关键因素，经过对文献的查阅发现了一种禁带宽度较低的材料Ag2O（1.2eV），因此笔者提出将 Ag2O 掺杂在 ZnO 中制成多孔ZnO/Ag2O 复合材料降低其禁带宽度提高对光的利用率，减少电子-空穴的复合概率进而有效提高复合材料的光催化
4、活性，加强其对 U(VI)的光催化还原 U(VI)是处理含铀废水的理想策略。因此如何高效、清洁处理排放的含铀废水，减少对环境和人体的危害同时回收利用铀资源，是当前研究领域的热点之一。1 1 实验部分实验部分 1.1 仪器与试剂 1.1.1 试剂 硝酸双氧铀、盐酸、氯化钠、六水合硝酸锌、氢氧化钠购自成都科龙化工有限公司；无水乙醇、偶氮胂、氯钯酸钾购自西安鼎天化工有限公司。1.1.2 仪器 氙灯光（PLS-SXE300BF），购自北京泊菲莱科技有限公司；电子天平（BSA224S-CW），购自赛多利斯科学仪器有限公司；紫外分光光度计（UV2366），购自上海如海光电科技有限公司；磁力搅拌器（85-1
5、)，购自郑州生化仪器有限公司；高速离心机(TG16.5)，购自上海卢湘仪离心机仪器有限公司；高温烧结炉（KSL-1100X-S），购自成都极托仪器有限公司。1.2 纳米 ZnO/Ag2O 的合成 本文将商用 ZnO（81.38 g/mol）与 AgNO3（169.87 g/mol）溶液在光照下形成 ZnO/Ag2O 异质结方法的方法制备材料：先将 AgNO3加入到 50 mL 去离子水中将其溶解，并按照 ZnO与 AgNO3质量比为 1：2（25 mg：50mg）、2：1（50 mg：25 mg），加入商用 ZnO 搅拌 1 h，5000r 离心、去除上清液、收集沉淀、洗涤沉淀、100 干燥处
6、理，得到 ZnO/Ag2O 纳米粉末，制备的样品标记分别为 ZA-1、ZA-2。2 2 结果和讨论结果和讨论 2.1 物相结构表征 图图 1 1 ZAZA-1 1、ZAZA-2 2 和和商用商用 ZnOZnO 的的 X X 射线衍射光谱射线衍射光谱 FigFigure 1.ure 1.The XThe X-ray diffractionray diffraction (XRD)(XRD)spectrspectra a of of ZAZA-1 1、ZAZA-2 2 and commercial and commercial DOI:10.19566/35-1285/tq.2023.01.094
7、16 朱雅兰：纳米氧化锌/氧化银的制备及其对铀的光催化还原 图 1 为商用 ZnO 和掺杂不同量的 AgNO3合成的 ZnO/Ag2O样品的 XRD 图。商用 ZnO 的 9 个衍射峰所处的 2=31、34、36、47、56、62、66、67、69依次对应于 ZnO 标准图谱（JCPDS 36-1451）的(100)、(002)、(101)、(102)、(110)、(103)、(200)、(112)和(201)晶面的峰位置，峰形尖锐不存在其他杂质峰，证明该商用 ZnO 结晶良好纯度高。通过与 XRD 标准图谱对照，样品 ZA-1 和 ZA-2 的特征衍射峰所处的 2=31、34、36、47、5
8、6、62、67、69对应(100)、(002)、(101)、(102)、(110)、(103)、(200)、(112)和(201)晶面的峰位置，制备的 ZnO/Ag2O 显示了 ZnO 和 Ag2O 的混合峰，证实样品由 ZnO 和 Ag2O 组成，此外随着 AgNO3质量的不同合成样品中的 Ag 的含量也不同，ZA-1 的 Ag2O 衍射峰强度明显提高，表明 ZA-1 样品中 Ag2O 的含量高于 ZA-2。图图 2 2 ZAZA-1 1 的的 TEMTEM 图图 FigFigure 2.The TEM ure 2.The TEM graphgraph of of ZAZA-1 1 图 2
9、为 ZA-1 的场发射透射电子显微(TEM)图，从图像可以得知 ZnO/Ag2O 中 Ag2O 为颗粒状，ZnO 为层状。2.2 光催化还原铀()性能研究 图图 3 ZA3 ZA-1 1、ZAZA-2 2 及商用及商用 ZnOZnO 对对 U(VI)U(VI)还原效果比较还原效果比较 Figure 3.CFigure 3.Comparison of U(VI)reduction effects omparison of U(VI)reduction effects between between ZAZA-1 1、ZAZA-2 2 and commercial and commercial 光
10、催化试验分为两个阶段：黑暗处理 120 min，将样品试剂在磁力搅拌器中搅拌，使溶液充分混合稳定；光照处理90 min，在暗处理之后将样品置于 500 W 氙灯照射仪器中并继续搅拌，仪器配置截止滤光片(辐射强度 1000W/m2)。两次处理过程中每隔 10 分钟取出样品液，并用孔径 0.22 m醋酸纤维素注射器膜过滤。在溶液 pH 为 5.6 时，不同比例合成的 ZnO/Ag2O 与商用ZnO 对 U(VI)的光催化活性如图 3 所示，可以观察到 1：2时还原效果好、吸附能力最强，2：1 条件下的吸附效果较差，吸附效果 ZA-1商用 ZnOZA-2,说明 ZnO/Ag2O 中复合物的光催化性质
11、降低，这说明适宜的 Ag2O 掺杂量有利于样品对可见光的响应，增强光催化性能。3 3 结结 论论 通过对ZnO与AgNO3质量比为1：2和2：1合成的ZnO/Ag2O纳米材料进行 U(VI)的光还原。研究结果表明，ZnO 与 AgNO3质量比为 1：2 时得到 ZnO/Ag2O 对铀(VI)还原具有很好的效果，高于商用的 ZnO。当 pH 为 5.6 时，ZA-1 对铀(VI)的处理能力可以达到 650 mg/g，其光催化还原能力较好。这可能是通过掺杂的方法使得 ZnO 的禁带降低，制备出纳米ZnO/Ag2O 复合材料在一定程度上增强了材料对光的吸收范围，其次所制备出的材料呈现黑色能够增强对光
12、能量的吸收、提高对光的利用率，进而提高材料对含铀废水的处理能力。总之，适当比例的 ZnO 与 AgNO3制备的 ZnO/Ag2O 纳米材料具有制备简单、成本低、还原能力强等优势显著提高了铀U(VI)的还原效率，为含铀 U(VI)废水处理提供了指导。参考文献参考文献 1 杨军,张恩昊,郭志恒,等.全球核能科技前沿综述J.科技导报,2020,38(20):35-49.2 Adegoke K A,Oyewole R O,Lasisi B M,et al.Abatement of organic pollutants using fly ash based adsorbentsJ.Water Scie
13、nce&Technology,2017,76(10):2580-2592.3 Bai Z Q,Zheng Y J,Zhang Z P.One-pot synthesis of highly efficient MgO for the removal of Congo red in aqueous solutionJ.Journal of Materials Chemistry A,2017,5(14).4 Cai Y,Wu C,Liu Z,et al.Fabrication of Phosphorylated Graphene Oxide-Chitosan Composite for High
14、ly Effective and Selective Capture of U(VI)J.Environmental Science Nano,2017,4(9).（下转第（下转第 4 43 3 页）页）潘海关：超纯水洁净氮气的用量 43 3.4 结 论 从数据可以看出，每天氮气用量基本在 0.01-0.1 之间。通过本次研究及实际使用来看，氮气用量大幅缩减。实际用量仅为常规用量的 1/160。对于每小时用水量在 5-6m3的系统，每年节约费用约 5.3 万元。4 4 结束语结束语 依据本实验研究实施例为启示，通过上述的控制结构，可将氮气用量，减少到常规用量的 1/160，对于超纯水系统的氮气
15、用量，大幅缩减。大大节省了系统的运行费用。可以大范围推广使用。随着今后对半导体、显示玻璃等高精尖行业，对超纯水的用量越来越大，本研究有着非常重要的意义。参考文献参考文献 1 中马高明,宫崎洋一.超纯水制造系统以及超纯水制造方法P.2 崔玉川.城市与工业节约用水手册M.2002.3 孙琴.我国实用新型法律保护制度探讨J.Study on nitrogen dosage of Ultrapure Water PanHaiGuan1,2、DuJingJing1,2、ChengJianXiang1,2(1.AQUA WORTH(SUZHOU)ENVIRONMENTAL PROTECTION CO.,L
16、TD.；2.Jiangsu Green Functional Water treatment Agent Engineering Technology Research Center,Jiangsu SuZhou 215011)Abstract:Abstract:In recent years,Chinas semiconductor industry continued to impose sanctions and pressure,has been stuck in the neck of the chip was pushed to the forefront,but also let us realize that the core technology to master in their own hands.The production of ultra-pure water plays an important role in the semiconductor production process.Ultrapure water is made with such p