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研究生:簡維鴻
研究生(外文):Wei Hong Jian
論文名稱:製備方法與煅燒溫度對奈米氧化鋅結構性質之研究
論文名稱(外文):Effects of Preparation Method and Calcination Temperature on the Structural and Optical Properties of Nano ZnO
指導教授:林佳璋林佳璋引用關係
指導教授(外文):C. C. Lin
學位類別:碩士
校院名稱:長庚大學
系所名稱:化工與材料工程學系
學門:工程學門
學類:化學工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2017
畢業學年度:105
語文別:中文
論文頁數:130
中文關鍵詞:奈米氧化鋅超重力沉澱法煅燒溫度光催化
外文關鍵詞:Nano ZnOhigh-gravity reactive precipitationcalcination temperaturephotocatalysis
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本研究使用超重力沉澱法與新型批次沉澱法於ZnCl2濃度為0.4 mol/L、NaOH濃度為0.8 mol/L及未煅燒情況下製備奈米氧化鋅。超重力沉澱法所合成之奈米氧化鋅(Higee-ZnO)在結晶性、純度及催化反應性皆高於新型批次沉澱法所合成之奈米氧化鋅(Batch-ZnO)。Higee-ZnO為片狀結構且平均厚度為11 nm,然而Batch-ZnO形貌為球型且平均粒徑為89 nm。
本研究亦探討煅燒溫度(250°C、350°C、400°C、450°C)對Higee-ZnO特性之影響,當煅燒溫度為250°C時有最大的比表面積22 m2/g,450°C有最大的能隙值3.19 eV,350°C有最佳的光催化反應性。
In this study, nano ZnO was prepared by high-gravity reactive precipitation and novel batch precipitation with a ZnCl2 concentration of 0.4 mol/L and an NaOH concentration of 0.8 mol/L without calcination. The crystallinity, purity, and photocatalytic activity of nano ZnO that was prepared by high-gravity reactive precipitation (Higee-ZnO) was higher than those of nano ZnO that was prepared by novel batch precipitation (Batch-ZnO). Higee-ZnO had a nanosheet structure with an average thickness of 11 nm. However, Batch-ZnO was spherical nanoparticle with a mean diameter of 89 nm.
The effect of calcination temperature (250°C, 350°C, 400°C, and 450°C) on the characteristics of Higee-ZnO was also investigated. Nano ZnO that was produced using a calcination temperature of 250°C had a largest BET surface are of 22 m2/g. Additionally, nano ZnO that was produced using a calcination temperature of 450°C had a highest band gap of 3.19 eV. Moreover, nano ZnO that was produced using a calcination temperature of 350°C had a highest photocatalytic activity.
學位論文指導教授推薦書
學位論文口試委員會審定書
誌謝 iii
摘要 iv
Abstract v
目錄 vi
圖目錄 ix
表目錄 xiii
第一章 緒論 1
第二章 文獻回顧 3
2.1 奈米氧化鋅 3
2.1.1 奈米氧化鋅結構、性質與應用 3
2.1.2 影響奈米氧化鋅光催化反應性因素 5
2.1.3 超重力沉澱法製備奈米氧化鋅 9
第三章 實驗裝置與研究方法 11
3.1 超重力沉澱法製備奈米氧化鋅 11
3.1.1 實驗藥品 11
3.1.2 實驗儀器 11
3.1.3 實驗步驟 18
3.2 批次沉澱法製備奈米氧化鋅 20
3.2.1 實驗藥品 20
3.3.2 實驗儀器 20
3.2.3 實驗步驟 22
3.3 奈米氧化鋅結構特性分析 23
3.3.1 TGA分析 23
3.3.2 SEM & 元素組成分析 23
3.3.3 XRD分析 24
3.3.4 比表面積分析 26
3.3.5 粒徑分析 26
3.3.6 Micro Raman分析 26
3.3.7 UV-Vis DRS分析 27
3.3.8 PL分析 28
3.4 光催化反應性分析 29
3.4.1 實驗藥品 29
3.4.2 實驗儀器 31
3.4.3 實驗步驟 35
第四章 結果與討論 40
4.1製備方法對奈米氧化鋅之影響 40
4.1.1 結構特性 40
4.1.2 光催化反應性 54
4.2熟化對奈米氧化鋅之影響 59
4.2.1結構特性 59
4.2.2 光催化反應性 67
4.3煅燒溫度對奈米氧化鋅之影響 71
4.3.1 結構特性 71
4.3.2 光催化反應性 84
第五章 結論 89
參考文獻 91
附錄A奈米氧化鋅結構特性圖表 97
附錄B 0.4 M NaOH奈米氧化鋅光催化實驗 105
附錄C光催化反應性實驗數據 107

圖目錄
圖1-1 研究架構圖 2
圖2-1 不同形貌奈米氧化鋅降解效率 8
圖2-2 不同煅燒溫度奈米氧化鋅降解反應常數 8
圖3-1 葉片型旋轉填充床實際圖 13
圖3-2 葉片型旋轉填充床實驗架構圖 19
圖3-3 批次沉澱法裝置圖 21
圖3-4 環丙沙星結構圖 30
圖3-5 UV光源波長分布圖 32
圖3-6 光催化降解反應器系統(a)示意圖(b)實際圖(c)上蓋圖 33
圖4-1 氧化鋅之XRD圖(a)超重力沉澱法(b)批次沉澱法 46
圖4-2 XRD繞射峰偏移圖(a)超重力沉澱法(b)批次沉澱法 47
圖4-3 氧化鋅之Raman圖(a)超重力沉澱法(b)批次沉澱法 47
圖4-4 文獻氧化鋅與氫氧化鋅Raman圖 48
圖4-5 氧化鋅之TGA分析結果(a)超重力沉澱法(b)批次沉澱法 48
圖4-6 氧化鋅之粒徑分佈圖(a)超重力沉澱法(b)批次沉澱法 49
圖4-7 超重力沉澱法氧化鋅之FESEM圖 49
圖4-8 批次沉澱法氧化鋅之FESEM圖 50
圖4-9 奈米氧化鋅UV-vis DRS圖(a)超重力沉澱法(b)批次沉澱法 50
圖4-10 奈米氧化鋅之能隙圖(a)超重力沉澱法(b)批次沉澱法 51
圖4-11 奈米氧化鋅之PL 圖(a)超重力沉澱法(b)批次沉澱法 51
圖4-12 奈米氧化鋅吸附與直接光降解環丙沙星(a)超重力沉澱法吸附(b)批次沉澱法吸附(c)直接紫外光降解 56
圖4-13 奈米氧化鋅光催化降解環丙沙星(a)超重力沉澱法(b)批次沉澱法 56
圖4-14 光催化降解反應擬一階動力學分析(a)超重力沉澱法(b)批次沉澱法 57
圖4-15 光催化降解反應擬二階動力學分析(a)超重力沉澱法(b)批次沉澱法 57
圖4-16 氧化鋅之XRD圖(a)熟化三小時(b)未熟化 62
圖4-17 XRD繞射峰偏移圖(a)熟化三小時(b)未熟化 62
圖4-18 氧化鋅之Micro Raman圖(a)熟化三小時(b)未熟化 63
圖4-19 熟化三小時氧化鋅之SEM圖 63
圖4-20 奈米氧化鋅之UV-vis DRS圖(a)熟化三小時(b)未熟化 64
圖4-21 奈米氧化鋅之能隙圖(a)熟化三小時(b)未熟化 64
圖4-22 奈米氧化鋅之PL圖(a)熟化三小時(b)未熟化 65
圖4-23 奈米氧化鋅吸附與直接光降解環丙沙星(a)熟化三小時(b)未熟化 68
圖4-24 奈米氧化鋅光催化降解環丙沙星(a)熟化三小時(b)未熟化 68
圖4-25 光催化降解反應擬一階動力學分析(a)熟化三小時(b)未熟化 69
圖4-26 光催化降解反應擬二階動力學分析(a)熟化三小時(b)未熟化 69
圖4-27 氧化鋅之XRD圖(a)450°C煅燒(b)400°C煅燒(c)350°C煅燒(d)250°C煅燒(e)未煅燒 74
圖4-28 XRD繞射峰偏移圖(a)450°C煅燒(b)400°C煅燒(c)350°C煅燒(d)250°C煅燒(e)未煅燒 75
圖4-29 氧化鋅之Raman圖(a)450°C煅燒(b)400°C煅燒(c)350°C煅燒(d)250°C煅燒(e)未煅燒 77
圖4-30 煅燒溫度超過400°C氧化鋅因氧空缺呈黃色 78
圖4-31 氧化鋅450°C煅燒之FESEM圖 78
圖4-32 氧化鋅400°C煅燒之FESEM圖 79
圖4-33 氧化鋅350°C煅燒之FESEM圖 79
圖4-34 氧化鋅250°C煅燒之FESEM圖 80
圖4-35 奈米氧化鋅之UV-vis DRS圖(a)450°C煅燒(b)400°C煅燒(c)350°C煅燒(d)250°C煅燒(e)未煅燒 80
圖4-36 奈米氧化鋅之UV-vis DRS圖(a)450°C煅燒(b)400°C煅燒(c)350°C煅燒(d)250°C煅燒(e)未煅燒 81
圖4-37 奈米氧化鋅之PL圖(a)450°C煅燒(b)400°C煅燒(c)350°C煅燒(d)250°C煅燒(e)未煅燒 81
圖4-38 奈米氧化鋅吸附環丙沙星(a)450°C煅燒(b)400°C煅燒(c)350°C煅燒(d)250°C煅燒(e)未煅燒 86
圖4-39 奈米氧化鋅光催化降解環丙沙星 (a)450°C煅燒(b)400°C煅燒(c)350°C煅燒(d)250°C煅燒(e)未煅燒 86
圖4-40 光催化降解反應擬一階動力學分析(a)450°C煅燒(b)400°C煅燒(c)350°C煅燒(d)250°C煅燒(e)未煅燒 87
圖4-41 光催化降解反應擬二階動力學分析(a)450°C煅燒(b)400°C煅燒(c)350°C煅燒(d)250°C煅燒(e)未煅燒 87

表目錄
表2-1 氧化鋅光電性質 4
表3-1 葉片型旋轉填充床組件 14
表3-2 葉片型旋轉填充床詳細規格列表 17
表3-3 奈米氧化鋅煅燒之程序(完成後自然降溫) 19
表3-4 環丙沙星特性表 30
表3-5 光催化降解反應器詳細規格 34
表4-1 奈米氧化鋅合成反應液及產物之pH與溫度 52
表4-2 製備方法對氧化鋅XRD之影響 52
表4-3 製備方法對氧化鋅元素組成之影響 53
表4-4 製備方法對氧化鋅比表面積之影響 53
表4-5 製備方法對速率常數之影響 58
表4-6 熟化對氧化鋅XRD之影響 66
表4-7 熟化對氧化鋅元素組成之影響 66
表4-8 熟化對氧化鋅比表面積之影響 66
表4-9 熟化對速率常數之影響 70
表4-10 煅燒溫度對氧化鋅XRD之影響 82
表4-11 煅燒溫度對氧化鋅元素組成之影響 82
表4-12 煅燒溫度對氧化鋅比表面積之影響 83
表4-13 煅燒溫度對反應速率常數之影響 88
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