光催化的研究進(jìn)展

1、殼聚糖/聚乙烯醇復(fù)合膜中硫化鎘光催化的研究進(jìn)展鄧永盛（龍巖學(xué)院化學(xué)與材料學(xué)院，福建 龍巖 2009061606）摘要：不同的條件下殼聚糖/CdS復(fù)合粒子的光催化活性也不同，在適合的條件下往殼聚糖/聚乙烯醇復(fù)合膜中加入CdS能顯著提高他的光催化降解作用和光催化脫色作用，進(jìn)一步拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域. 關(guān)鍵詞：殼聚糖/CdS；光催化；降解；脫色Chitosan/Poly (Vinyl Alcohol) In Composite Film Cadmium SulphideLight Catalysis Are ReviewedDengYongSheng(longyan college chemistry a

2、nd materials institute, fujian longyan 2009061606)Abstract: under the condition of different chitosan/CdS composite particle of light catalytic activity is different, in a suitable conditions to chitosan/poly (vinyl alcohol) in composite film join CdS can significantly improve the photocatalytic deg

3、radation of his role and light catalytic decoloring role, further opening up its application field. Keywords: chitosan/CdS; Photocatalytic; Degradation; decoloring 1 前言在各種解決能源問題的途徑中 , 以太陽能轉(zhuǎn)化和儲存為主要背景的半導(dǎo)體光催化特性的研究是吸引人的科研方向之一1 . 將半導(dǎo)體材料用于光催化降解水中污染物的研究還是近十幾年的技術(shù). 該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn): (1)水中所含多種有機(jī)污染物均可被完全降解為CO2、H2O等, 無機(jī)污

4、染物被氧化或還原為無害物（2）不需要另外的電子受體（3）合適的光催化劑具有廉價(jià)、無毒、穩(wěn)定及可以重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)（4）可以利用取之不盡用之不竭的太陽能作為光源激活光催化（5）該法結(jié)構(gòu)簡單、操作條件容易控制、氧化能力強(qiáng)、無二次污染. CdS作為一種重要的半導(dǎo)體光催化劑 , 有著廣泛的應(yīng)用2, 3. 2 光催化研究(1) 光催化降解甲基橙染料廢水是難降解工業(yè)廢水之一 , 在酸性和堿性條件下的偶氮和醌式結(jié)構(gòu)是染料化合物的主體結(jié)構(gòu), 因而, 以甲基橙作為染料模型化合物有一定的代表性. 崔玉明4采用膠體化學(xué)法制備表面富鎘的Cd/CdS 納米粒子為催化劑對水溶液中甲基橙的光催化降解進(jìn)行了研究. 探討了光催化

5、反應(yīng)機(jī)理, 討論了光催化劑用量, 雙氧水的用量, 試液的pH值, 光照時(shí)間與甲基橙脫色率的關(guān)系. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明, 以表面富鎘的Cd/CdS納米粒子為催化劑, 對甲基橙光催化降解實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:當(dāng)甲基橙起始濃度為20mg/L, Cd/CdS用量為0.500g, 雙氧水用量為5.88mmol/ L, pH值為7.0時(shí), 光照6h, 甲基橙的脫色率可達(dá)到95.5%. 而在同樣條件下, 暗反應(yīng)、空白實(shí)驗(yàn)甲基橙的脫色率分別達(dá)到5.2%、4.8%, 這說明光催化反應(yīng)占絕對優(yōu)勢. 該法具有操作工藝簡單、設(shè)備少、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn), 將具有廣泛的應(yīng)用前景. 而侯進(jìn)5等用反相微乳液法制備了殼聚糖/CdS復(fù)合納米粒子, 并

6、考察了復(fù)合納米粒子用量、光照條件和溶液pH值等因素對光催化降解甲基橙的影響. 結(jié)果表明:(1)隨著復(fù)合納米粒子用量的增加, 降解速率加快, 當(dāng)用量超過0.30g時(shí)降解速率增加緩慢, 對于100mL濃度為20mg/L的甲基橙溶液催化劑最佳用量約為0.30g. (2)在光照條件下270nm和464nm處的吸收峰迅速減弱, 并最終消失, 且在258nm和455nm處出現(xiàn)了新的吸收峰, 說明甲基橙發(fā)生了降解. 而暗反應(yīng)條件下未發(fā)生降解. (3)復(fù)合納米粒子光催化降解甲基橙最佳pH為68. (4)復(fù)合納米粒子的光催化降解能力明顯優(yōu)于普通CdS, 2min時(shí)降解效率高出50%, 400min時(shí)高出21.3

7、%. (5)初步提出了復(fù)合納米粒子光催化降解機(jī)理, 吸附作用是光催化降解作用的前置步驟. (2) 光催化脫色含有直接染料的廢水具有色度深、毒性強(qiáng)、難降解等特點(diǎn), 一直是工業(yè)廢水處理的難點(diǎn). 光催化降解直接染料反應(yīng)時(shí)間短, 不產(chǎn)生二次污染物, 可將某些難生物降解的有機(jī)物徹底氧化為CO2和H2O. CdS粒子的吸收光譜寬, 消光系數(shù)大, 可以高效利用可見光, 且制備較簡單, 在光催化降解各類有機(jī)污染物中已經(jīng)得到廣泛的研究和應(yīng)用. 胡琳6等制備了殼聚/CdS復(fù)合粒子系統(tǒng)地研究了不同工藝條件、復(fù)合粒子用量、染料初始質(zhì)量濃度、pH值和無機(jī)鹽等對直接綠28脫色效果的影響, 并考察了復(fù)合粒子的重復(fù)使用效果,

8、 結(jié)果表明, 直接綠28的光解脫色速率隨染料起始質(zhì)量濃度的增加而降低;復(fù)合粒子質(zhì)量濃度為1g/L時(shí)可以達(dá)到較好的光催化脫色效果;pH值3.2時(shí), 光催化脫色效果最好;在所考察的幾種無機(jī)鹽離子中Br-的抑制作用最顯著, NO2-對染料的光催化脫色稍有促進(jìn);復(fù)合粒子有較高的重復(fù)利用性. (3) 光催化降解茜素紅侯進(jìn)7等對殼聚糖/CdS復(fù)合納米粒子在光催化降解茜素紅的應(yīng)用進(jìn)行研究. 結(jié)果表明:(1) 殼聚糖/CdS復(fù)合納米粒子用量對光催化降解茜素紅有重要影響, 隨著其用量的增加, 對茜素紅光催化降解速率加快, 當(dāng)用量超過0.03g時(shí)降解速率增加緩慢, 對于100ml濃度為20mgl- 1的茜素紅溶液

9、催化劑最佳用量約為0.03g. (2) 殼聚糖/CdS復(fù)合納米粒子對茜素紅有一定的吸附作用, 但在吸附過程中沒有出現(xiàn)新的吸收峰; 而殼聚糖/CdS復(fù)合納米粒子在降解茜素紅過程中, 分別在223nm和228nm處出現(xiàn)了新的吸收峰, 說明茜素紅發(fā)生了降解. (3) 殼聚糖/CdS復(fù)合納米粒子在弱酸性條件下光催化降解茜素紅較適合. (4) 殼聚糖/CdS復(fù)合納米粒子對茜素紅的光催化降解能力明顯優(yōu)于普通CdS, 降解2min時(shí), 兩者的降解效率分別為54.18%和30.16%; 降解30min時(shí), 兩者的降解效率分別為9811%和6917%. (4) 溶液中共存陽離子對CdS光催化降解能力的影響研究者

10、探索的影響催化劑光催化性能的水體中共存組分或外加組分可分為: (1) 水溶液的酸堿度8, 9; (2) 外加氧化劑9, 10; (3) 無機(jī)共存離子11-13; (4) 表面活性劑14, 15等. 研究表明, 水體中存在的水溶性金屬離子的種類和濃度能明顯地影響光催化反應(yīng)的速度和效率16. 但對于金屬陽離子的影響, 目前尚缺乏較系統(tǒng)的研究. 2004年, Matsuo等17和Xie等18報(bào)道了稀土離子和Fe3+離子吸附修飾納米TiO2 或溶膠體系的光催化活性, 研究發(fā)現(xiàn)該體系不僅可以有效地?cái)U(kuò)展催化劑的光吸收范圍, 改善催化活性, 而且比高溫處理樣品的光催化活性更好. 王瓊生19等采用水熱方法制備

11、了納米硫化鎘光催化劑. 借助粉末X2射線衍射(XRD), 固體紫外可見漫反射光譜(DRS) 對合成產(chǎn)物進(jìn)行了表征. 以納米CdS和本體CdS作為可見光的光催化劑, 用難降解的離子型染料羅丹明B為探針分子, 討論了溶液常見的共存金屬離子種類、質(zhì)量分?jǐn)?shù)對CdS光催化降解羅丹明B的影響. 并得出共存離子Cu2+對CdS光催化降解羅丹明B起抑制作用, Ag+對CdS光催化降解羅丹明B沒有顯著影響, 而共存離子Fe3+和Pr3+能顯著地提高納米、本體CdS光催化劑降解羅丹明B的降解速率, 最佳的離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為催化劑用量的015%和10%. (5) 光催化降解活性染料染料廢水是含有有機(jī)染料的高色度廢水

12、, 具有組成復(fù)雜, 水質(zhì)、水量變化大, 色度高, 分布廣, 難生物降解等特點(diǎn), 是廢水處理中的難點(diǎn)之一. 宋錦20等以硫化鎘為光催化劑, 鎢燈模擬可見光, 研究了硫化鎘對活性染料亞甲基藍(lán)的光催化降解過程. 考察了光照時(shí)間、催化劑用量、污染物的初始濃度、反應(yīng)體系的pH 值等對光催化過程的影響. 結(jié)果表明, 以鎢燈為光源下, 硫化鎘能較好對亞甲基藍(lán)進(jìn)行降解. 3 結(jié)論在目前的研究中, 硫化鎘已被證明是一種具有可見光響應(yīng)的光催化劑21-23 , 可以預(yù)見它將成為光催化領(lǐng)域有良好前景的光催化劑. 往殼聚糖/聚乙烯醇復(fù)合膜中加入硫化鎘能大大提高光催化降解活性和光催化脫色活性, 因此在節(jié)能省耗，降解染料工

13、業(yè)廢水、降解污染物中具有廣闊的應(yīng)用前景. 參考文獻(xiàn)1 崔玉民, 韓金霞. J. 燃料化學(xué)學(xué)報(bào), 2004, 32(1): 123. 2 崔玉民, 朱亦仁. J. 工業(yè)水處理, 2001, 21(2): 9. 3 崔玉民. J. 感光科學(xué)與光化學(xué), 2002, 20(4): 253. 4 崔玉民, 范少華. Cd/ CdS光催化降解甲基橙的研究J. 催化學(xué)報(bào), 2004-10-28.5 侯進(jìn), 陳國華, 孟顯麗. 殼聚糖/ CdS復(fù)合納米粒子對甲基橙的光催化降解作用J, 材料科學(xué)與工藝, 2008-2, 16(1): 54- 57.6 胡琳, 蔣 茹, 朱華躍. 殼聚糖/ CdS復(fù)合粒子光催化脫

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