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ZnO煤矸石复合光催化剂的制备与性能研究
引言
煤矸石是煤矿生产过程中剩余的废弃物。煤矸石对环境的影响和矿山的生产和经济利益有着重要的影响。减量化和资源化处理煤矸石已成为世界范围内的环境保护和可持续发展的热点问题。近年来，煤矸石作为一种便宜和丰富化学原料，被广泛运用在市场上。
光催化技术已被证明是一种有效降解有机物污染的方法。ZnO是一种良好的光催化剂，对于污染物和光的吸收率良好。因此，ZnO已经被广泛的用作光催化剂。但是，纯ZnO光催化剂的利用受到限制，因为ZnO需要大量的活性位点才能使活性中心得到最大的利用。因此，为了提高ZnO的光催化活性，研究人员致力于将其与其他材料复合。
本文将探讨使用可再生的煤矸石材料作为ZnO的复合材料，旨在提高ZnO的光催化活性，使其具有更好的应用前景。
实验方法
ZnO煤矸石复合光催化剂的制备方法如下：
在200℃的条件下将煤矸石制备成超细粉末，使其具有更好的可溶性和更高的反应活性。
超细的煤矸石粉末与ZnO粉末按照1:1的比例混合，用乙醇水溶液搅拌30分钟。
将混合物过滤出固体，然后用真空烘箱在60℃下烘干。
将干燥的ZnO煤矸石粉末样品在氮气气氛中煅烧4小时，温度设置在400℃下。这个过程中反应物是煤矸石，会起到催化效果。
所有的材料都被置于X射线衍射（XRD）仪中进行分析，并使用显微镜和红外光谱仪来确定粒子的形状和结构。
光催化性能检测是通过将ZnO煤矸石复合材料暴露在紫外线下，并在不同时间点收集样品进行分析。利用高效液相色谱（HPLC）技术测定反应溶液中降解物的浓度变化，评估复合材料的光催化活性。
结果分析
TEM照片显示，ZnO光催化剂经过煅烧处理后，呈现出颗粒较小、颗粒形状规则的特点。而ZnO煤矸石复合光催化剂的颗粒会变得更加细小，这是由于煤矸石的结晶性能和ZnO的可溶性都得到了提高。
XRD数据证明，ZnO煤矸石复合光催化剂的结构具有明显的薄膜特征，且保持了ZnO与煤矸石的特性。煤矸石的存在使得ZnO的吸附性能和光吸收性能都得到了提高。
光催化试验结果表明，与纯ZnO相比，ZnO煤矸石复合光催化剂的光催化活性有了明显的提升。超细粉末的煤矸石增强了复合材料的热稳定性且具有更强的光催化效果。通过HPLC检测，证明ZnO煤矸石复合光催化剂的光还原能力更强，对亚甲基蓝等有机污染物有更好的光催化降解效果。
结论
在本文中，我们成功地制备了ZnO煤矸石复合光催化剂，并分析了其结构与光催化性能。从实验结果可以看出，将超精细煤矸石材料与ZnO复合可以有效地提高ZnO的光催化性能，使其更加适合环境污染物的降解。本研究强调了可再生资源的重要性和应用前景，为煤矸石的资源化利用和环境治理提供了新的思路。