面向污水综合处理的新型可回收介孔空心ZnFe2O4/ZnO微球

Mesoporous hollow ZnFe2O4/ZnO microspheres have perfect abilities in photocatalytic degradation of organic pollutants and removal of heavy metal ions due to their structure features, and can be recycled due to their magnetism, so they have extensive application prospects in the field of sewage treatment. In this project, based on layer-by-layer assembly method, the preparation technologies of mesoporous hollow ZnFe2O4/ZnO microspheres that the structure parameters such as sizes of microspheres, thickness of spherical shells, pore sizes and distributions can be artificially adjusted are obtained using monodisperse polystyrenes as templates, then mesoporous hollow ZnFe2O4/ZnO microspheres are used in comprehensive treatments of organic pollutants and heavy metal ions in sewage. Through discussing the relationship between the abilities in photocatalytic degradation of organic pollutants and removal of heavy metal ions of ZnFe2O4/ZnO microspheres and their structure parameters, the optimum technology parameters are acquired. Moreover, starting from synergistic interactions of photon-generated electron-hole pairs, the relevant physical and chemical processes that mesoporous hollow ZnFe2O4/ZnO microspheres remove organic pollutants and heavy metal ions in sewage synchronously are systematically studied，and the optimum matching between photocatalytic degradation of organic pollutants and removal of heavy metal ions is achieved. The implementation of this project will provide new materials for integrated sewage treatment.

介孔空心ZnFe2O4/ZnO微球由于其结构特点同时具有优异的光催化降解有机污染物和去除重金属离子的能力，且兼有磁性，方便回收，故而在污水综合处理领域具有广泛的应用前景。本项目以单分散聚苯乙烯微球为模板，在逐层组装方法的基础上，获得微球尺寸，壳层厚度，孔道大小及分布等结构参数人工可调控的介孔空心ZnFe2O4/ZnO微球的制备工艺，并将该微球应用于污水中有机污染物和重金属离子的综合处理。通过探讨介孔空心ZnFe2O4/ZnO微球的结构参数与光催化降解有机污染物以及去除重金属离子能力之间的关系，获得最佳工艺参数。另外，从光生电子-空穴的协同效应入手，系统研究介孔空心ZnFe2O4/ZnO微球同步去除污水中有机污染物和重金属离子的相关物理化学过程，实现有机污染物光催化降解与重金属离子去除能力间的最佳匹配。本项目的实施将为污水综合处理提供新材料。

介孔空心ZnFe2O4/ZnO微球即具有高的比表面积、良好的渗透性以及低密度等结构特点，又拥有ZnO和ZnFe2O4之间特殊的能带匹配关系，因而具有优异的光催化降解有机污染物和重金属离子去除的能力。另外，介孔空心ZnFe2O4/ZnO微球还具有磁性，便于利用磁场回收反复利用。因此，它在污水综合治理领域具有一定的应用前景。本项目以单分散聚苯乙烯微球为模板，利用逐层组装方法，成功制备出了介孔空心ZnFe2O4/ZnO微球，并研究了Zn、Fe原子比，孔道大小及分布等参数对介孔空心微球结构的影响。实验结果表明，介孔空心ZnFe2O4/ZnO微球对典型有机污染物罗丹明B、甲基蓝和甲基橙都的降解率都高于商用光催化剂P25，同时对重金属离子Pb2+，Cd2+，Cu2+和Fe3+也拥有很好的吸附去除能力。同时，我们研究了Zn、Fe原子比，孔道大小及分布等参数与光催化降解有机污染物以及重金属离子去除能力之间的关系，并获得了最佳工艺参数。另外，从光生电子-空穴的协同效应入手，我们还研究了介孔空心ZnFe2O4/ZnO微球同步去除污水中有机污染物和重金属离子的相关机理，获取了有机污染物光催化降解与重金属离子去除能力间的最佳匹配。在介孔空心ZnFe2O4/ZnO微球工作的基础上，我们又成功制备了介孔空心ZnFe2O4/ZnO/Ag微球。由于Ag纳米颗粒的表面等离子体共振效应，因此介孔空心ZnFe2O4/ZnO/Ag微球具有更加优异的光催化活性，并有效降解了有机污染物2,4-二氯苯酚。同时，ZnFe2O4/ZnO/Ag复合体系对重金属离子Pb2+，Cd2+，Cu2+和Fe3+也表现出了较好的吸附去除能力,这归结于其拥有与ZnFe2O4/ZnO微球相同的介孔空心结构。项目的实施为开发污水综合处理材料提供了新思路。