太原理工大学吕永康团队研究成果:ZnO光催化剂的制备及矿化苯酚的性能及机理研究

酚类污染物的危害：酚类化合物广泛存在于石油精炼、煤焦油加工等工业废水中，其稳定性和毒性对生态环境造成长期影响。

传统处理方法的局限：吸附法、萃取法和生物法等传统方法在处理高浓度或难降解酚类废水时效果有限，且可能产生二次污染。

光催化技术的优势：光催化技术能有效降解有机污染物，实现矿化，被认为是一种绿色、高效的水处理技术。

ZnO光催化剂的潜力：ZnO因其无毒、低成本及高光催化活性，在处理染料废水和其他难降解物质方面表现出色。然而，不同制备方法对ZnO光催化性能的影响显著，需深入研究。

（1）多种制备方法对比

本文首次通过直接沉淀法、溶胶-凝胶法和控制沉淀法3种方法制备ZnO催化剂，系统对比了不同方法对催化剂结构和性能的影响。控制沉淀法的优势：发现控制沉淀法制备的ZnO具有较大的比表面积、均匀的颗粒形貌和更强的紫外光吸收能力，显著提升了光催化活性。

（2）TOC去除率为评价指标

与传统以污染物去除率和COD为指标不同，本文以TOC去除率为核心评价指标，更准确地反映了苯酚的矿化效果。矿化效果显著：在最优条件下，控制沉淀法制备的ZnO催化剂实现了83%的TOC去除率，表明苯酚被有效矿化为二氧化碳和水。

（3）降解机理研究

通过GC-MS检测到丁酸甲酯和苯醌等光催化降解苯酚的中间产物，推测了其降解机理，为光催化技术的进一步优化提供了理论依据。机理清晰：揭示了苯酚在ZnO光催化作用下，首先被氧化为对苯二酚和苯氧基自由基，进而生成苯醌等中间体，最终开环生成脂肪族化合物并被完全矿化。

图1 3种不同ZnO催化剂的XRD图

Fig. 1 XRD patterns of zinc oxide synthesized by three methods

图2 3种不同ZnO催化剂的SEM图：(a)ZnO-A；(b)ZnO-B；(c)ZnO-C

Fig. 2 SEM images of three synthetic methods of zinc oxide: (a) ZnO-A; (b) ZnO-B; (c) ZnO-C

图4 3种不同ZnO催化剂的BET图：(a)ZnO-A；(b)ZnO-B；(c)ZnO-C

Fig. 4 BET diagrams of three synthetic methods of zinc oxide: (a) ZnO-A; (b) ZnO-B; (c) ZnO-C

图6 3种不同ZnO催化剂的UV-vis图和禁带宽度图：(a)UV-vis图；(b)禁带宽度图

Fig. 6 UV-Vis and energy gap maps of three synthetic methods of zinc oxide: (a) UV-Vis; (b) band gap width diagram

图13 ZnO-C催化剂的重复利用性能(a)循环实验；(b)反应前后XRD图；(c, d)反应前后

SEM图

Fig. 13 Reuse performance of ZnO-C catalys: (a) repeat experiment; (b) XRD pattern of ZnO-C 

before and after reaction; (c), (d) SEM images of ZnO-C before and after reaction

图15 ZnO-C光催化降解苯酚机理图

Fig.15 Mechanism of ZnO photocatalytic degradation of pheno

本文通过直接沉淀法、溶胶-凝胶法和控制沉淀法3种方法制备了ZnO光催化剂，并系统研究了其对苯酚的矿化效果及机理。研究发现，控制沉淀法制备的ZnO催化剂在紫外光照射下表现出优异的光催化活性和稳定性，实现了83%的TOC去除率。该催化剂具有较大的比表面积、均匀的颗粒形貌和更强的紫外光吸收能力，在较宽的苯酚浓度范围内及不同pH环境中均展现出良好的光催化性能。此外，通过GC-MS检测到光催化降解苯酚的中间产物，推测了其降解机理，为光催化技术的工业化应用提供了重要实验依据。因此，ZnO光催化剂在处理废水中的有机污染物方面展现出良好的应用前景。

引用本文  

文章发表于《功能材料》2026年第57卷第1期，欢迎引用本文：    

陈非凡,陈虎,王莹,等. ZnO光催化剂的制备及矿化苯酚的性能及机理研究[J].功能材料, 2026, 57(1): 1-13.

CHEN F F,CHEN H,WANG Y,et al.Study on the preparation of ZnO photocatalyst and its performance and mechanism of mineralized phenol[J].Journal of functional materials,2026,57(1):1-13.