染料废水在水环境危害中比重大、处理难度高。光催化氧化法因具有高效性、清洁性、节能性、无二次污染等众多特点,受到广泛关注,为处理难降解废水提供了一种新方法。因此,研究新型、高效的半导体光催化剂十分必要。ZnO是极少数可以实现量子尺寸效应的半导体。本课题选用宽带隙、性能稳定的ZnO₂与ZnO进行复合,并在此基础上引入稀土金属离子掺杂制得具有较高光催化活性、稳定高效的Sm-ZnO/ZrO₂光催化剂,以罗丹明B为典型污染物,重点考察各因素对其光催化活性的影响,优化降解工艺参数,探讨降解反应的动力学,并初步探索反应机理。具体内容如下:采用水热法制备了系列ZnO、ZnO₂、ZnO/ZrO₂复合光催化剂,通过表征与光催化活性评价均证明复合得到的催化剂为六方晶相ZnO与四方晶相ZnO₂组成的复合氧化物。ZnO₂的复合改变了ZnO的形貌、促进了ZnO的生长与结晶、比表面积增大、光吸收能力增强、光生载流子分离率提高。以乙酸锌为锌源、Zn/Zr摩尔比为1:1、水热温度为160°C条件下,ZnO/ZrO₂复合光催化剂的光催化活性最高,相比ZnO提高了14.0%、相比ZnO₂提高了78.8%。优化稀土金属掺杂改性的ZnO/ZrO₂复合催化剂的制备条件,发现选用稀土金属钐掺杂、掺杂比为0.5%、水热温度为160°C、水热时间为12 h时,Sm-ZnO/ZrO₂复合催化剂的光催化活性最高,相比于ZnO/ZrO₂复合催化剂提高了24.0%。Sm掺杂可使ZnO/ZrO₂催化剂的比表面增大,紫外光区光吸收能力增强。Sm-ZnO/ZrO₂催化剂中部分Zr4+转化为Zr3+,晶格O2-减少,氧空位增多,反应活性位点增加,光生载流子的分离率提高。Sm-ZnO/ZrO₂催化剂对不同染料具有一定的适用性,且在中性的条件下具有最佳的光催化活性。不同染料种类、p H以及反应物初始浓度条件下,Sm-ZnO/ZrO₂光催化降解罗丹明B的反应均符合一级动力学模型。Sm-ZnO/ZrO₂催化剂经过5次循环重复使用,仍能保持高效不失活,稳定性良好。在Sm-ZnO/ZrO₂光催化降解罗丹明B、亚甲基蓝、甲基橙反应中·OH、h+与·O2-都参与了降解过程。光催化降解罗丹明B时,活性物种的活性顺序为h+>·O2->·OH;光催化降解亚甲基蓝时,活性顺序同样为h+>·O2->·OH;光催化降解甲基橙时,活性顺序为·O₂^->h⁺>·OH。