光催化的研究进展

1、壳聚糖/聚乙烯醇复合膜中硫化镉光催化的研究进展邓永盛（龙岩学院化学与材料学院，福建 龙岩 2009061606）摘要：不同的条件下壳聚糖/CdS复合粒子的光催化活性也不同，在适合的条件下往壳聚糖/聚乙烯醇复合膜中加入CdS能显著提高他的光催化降解作用和光催化脱色作用，进一步拓宽其应用领域. 关键词：壳聚糖/CdS；光催化；降解；脱色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 前言在各种解决能源问题的途径中 , 以太阳能转化和储存为主要背景的半导体光催化特性的研究是吸引人的科研方向之一1 . 将半导体材料用于光催化降解水中污染物的研究还是近十几年的技术. 该技术的优点: (1)水中所含多种有机污染物均可被完全降解为CO2、H2O等, 无机污

4、染物被氧化或还原为无害物（2）不需要另外的电子受体（3）合适的光催化剂具有廉价、无毒、稳定及可以重复使用等优点（4）可以利用取之不尽用之不竭的太阳能作为光源激活光催化（5）该法结构简单、操作条件容易控制、氧化能力强、无二次污染. CdS作为一种重要的半导体光催化剂 , 有着广泛的应用2, 3. 2 光催化研究(1) 光催化降解甲基橙染料废水是难降解工业废水之一 , 在酸性和碱性条件下的偶氮和醌式结构是染料化合物的主体结构, 因而, 以甲基橙作为染料模型化合物有一定的代表性. 崔玉明4采用胶体化学法制备表面富镉的Cd/CdS 纳米粒子为催化剂对水溶液中甲基橙的光催化降解进行了研究. 探讨了光催化

5、反应机理, 讨论了光催化剂用量, 双氧水的用量, 试液的pH值, 光照时间与甲基橙脱色率的关系. 实验结果表明, 以表面富镉的Cd/CdS纳米粒子为催化剂, 对甲基橙光催化降解实验结果表明:当甲基橙起始浓度为20mg/L, Cd/CdS用量为0.500g, 双氧水用量为5.88mmol/ L, pH值为7.0时, 光照6h, 甲基橙的脱色率可达到95.5%. 而在同样条件下, 暗反应、空白实验甲基橙的脱色率分别达到5.2%、4.8%, 这说明光催化反应占绝对优势. 该法具有操作工艺简单、设备少、节能等优点, 将具有广泛的应用前景. 而侯进5等用反相微乳液法制备了壳聚糖/CdS复合纳米粒子, 并

6、考察了复合纳米粒子用量、光照条件和溶液pH值等因素对光催化降解甲基橙的影响. 结果表明:(1)随着复合纳米粒子用量的增加, 降解速率加快, 当用量超过0.30g时降解速率增加缓慢, 对于100mL浓度为20mg/L的甲基橙溶液催化剂最佳用量约为0.30g. (2)在光照条件下270nm和464nm处的吸收峰迅速减弱, 并最终消失, 且在258nm和455nm处出现了新的吸收峰, 说明甲基橙发生了降解. 而暗反应条件下未发生降解. (3)复合纳米粒子光催化降解甲基橙最佳pH为68. (4)复合纳米粒子的光催化降解能力明显优于普通CdS, 2min时降解效率高出50%, 400min时高出21.3

7、%. (5)初步提出了复合纳米粒子光催化降解机理, 吸附作用是光催化降解作用的前置步骤. (2) 光催化脱色含有直接染料的废水具有色度深、毒性强、难降解等特点, 一直是工业废水处理的难点. 光催化降解直接染料反应时间短, 不产生二次污染物, 可将某些难生物降解的有机物彻底氧化为CO2和H2O. CdS粒子的吸收光谱宽, 消光系数大, 可以高效利用可见光, 且制备较简单, 在光催化降解各类有机污染物中已经得到广泛的研究和应用. 胡琳6等制备了壳聚/CdS复合粒子系统地研究了不同工艺条件、复合粒子用量、染料初始质量浓度、pH值和无机盐等对直接绿28脱色效果的影响, 并考察了复合粒子的重复使用效果,

8、 结果表明, 直接绿28的光解脱色速率随染料起始质量浓度的增加而降低;复合粒子质量浓度为1g/L时可以达到较好的光催化脱色效果;pH值3.2时, 光催化脱色效果最好;在所考察的几种无机盐离子中Br-的抑制作用最显著, NO2-对染料的光催化脱色稍有促进;复合粒子有较高的重复利用性. (3) 光催化降解茜素红侯进7等对壳聚糖/CdS复合纳米粒子在光催化降解茜素红的应用进行研究. 结果表明:(1) 壳聚糖/CdS复合纳米粒子用量对光催化降解茜素红有重要影响, 随着其用量的增加, 对茜素红光催化降解速率加快, 当用量超过0.03g时降解速率增加缓慢, 对于100ml浓度为20mgl- 1的茜素红溶液

9、催化剂最佳用量约为0.03g. (2) 壳聚糖/CdS复合纳米粒子对茜素红有一定的吸附作用, 但在吸附过程中没有出现新的吸收峰; 而壳聚糖/CdS复合纳米粒子在降解茜素红过程中, 分别在223nm和228nm处出现了新的吸收峰, 说明茜素红发生了降解. (3) 壳聚糖/CdS复合纳米粒子在弱酸性条件下光催化降解茜素红较适合. (4) 壳聚糖/CdS复合纳米粒子对茜素红的光催化降解能力明显优于普通CdS, 降解2min时, 两者的降解效率分别为54.18%和30.16%; 降解30min时, 两者的降解效率分别为9811%和6917%. (4) 溶液中共存阳离子对CdS光催化降解能力的影响研究者

10、探索的影响催化剂光催化性能的水体中共存组分或外加组分可分为: (1) 水溶液的酸碱度8, 9; (2) 外加氧化剂9, 10; (3) 无机共存离子11-13; (4) 表面活性剂14, 15等. 研究表明, 水体中存在的水溶性金属离子的种类和浓度能明显地影响光催化反应的速度和效率16. 但对于金属阳离子的影响, 目前尚缺乏较系统的研究. 2004年, Matsuo等17和Xie等18报道了稀土离子和Fe3+离子吸附修饰纳米TiO2 或溶胶体系的光催化活性, 研究发现该体系不仅可以有效地扩展催化剂的光吸收范围, 改善催化活性, 而且比高温处理样品的光催化活性更好. 王琼生19等采用水热方法制备

11、了纳米硫化镉光催化剂. 借助粉末X2射线衍射(XRD), 固体紫外可见漫反射光谱(DRS) 对合成产物进行了表征. 以纳米CdS和本体CdS作为可见光的光催化剂, 用难降解的离子型染料罗丹明B为探针分子, 讨论了溶液常见的共存金属离子种类、质量分数对CdS光催化降解罗丹明B的影响. 并得出共存离子Cu2+对CdS光催化降解罗丹明B起抑制作用, Ag+对CdS光催化降解罗丹明B没有显著影响, 而共存离子Fe3+和Pr3+能显著地提高纳米、本体CdS光催化剂降解罗丹明B的降解速率, 最佳的离子质量分数分别为催化剂用量的015%和10%. (5) 光催化降解活性染料染料废水是含有有机染料的高色度废水

12、, 具有组成复杂, 水质、水量变化大, 色度高, 分布广, 难生物降解等特点, 是废水处理中的难点之一. 宋锦20等以硫化镉为光催化剂, 钨灯模拟可见光, 研究了硫化镉对活性染料亚甲基蓝的光催化降解过程. 考察了光照时间、催化剂用量、污染物的初始浓度、反应体系的pH 值等对光催化过程的影响. 结果表明, 以钨灯为光源下, 硫化镉能较好对亚甲基蓝进行降解. 3 结论在目前的研究中, 硫化镉已被证明是一种具有可见光响应的光催化剂21-23 , 可以预见它将成为光催化领域有良好前景的光催化剂. 往壳聚糖/聚乙烯醇复合膜中加入硫化镉能大大提高光催化降解活性和光催化脱色活性, 因此在节能省耗，降解染料工

13、业废水、降解污染物中具有广阔的应用前景. 参考文献1 崔玉民, 韩金霞. J. 燃料化学学报, 2004, 32(1): 123. 2 崔玉民, 朱亦仁. J. 工业水处理, 2001, 21(2): 9. 3 崔玉民. J. 感光科学与光化学, 2002, 20(4): 253. 4 崔玉民, 范少华. Cd/ CdS光催化降解甲基橙的研究J. 催化学报, 2004-10-28.5 侯进, 陈国华, 孟显丽. 壳聚糖/ CdS复合纳米粒子对甲基橙的光催化降解作用J, 材料科学与工艺, 2008-2, 16(1): 54- 57.6 胡琳, 蒋 茹, 朱华跃. 壳聚糖/ CdS复合粒子光催化脱

14、色直接绿28J. 印染助剂, 2009-12, 26(12): 35- 38.7 侯进, 陈国华, 季荣. 壳聚糖/ CdS复合纳米粒子在光催化降解茜素红中的应用J. 环境化学, 2007-3, 26(2): 157- 160.8 Bootstrap A H, Musters CJ. Adsorption of hydrogen peroxide on the surface of titanium dioxide J. J Ph1975, 79(18): 1940- 1943. 9 蒋伟川, 谭湘萍. 载银TiO2 半导体催化剂降解染料水溶液的研究J. 环境科学, 1994, 16 (2):

15、 15- 18.10 杨克莲, 叶征琦, 杜宗杰, 等. 纳米TiO2 多孔微粒太阳光催化降解活性艳蓝染料J. 城市环境与城市生态16 (1): 13- 15. 11 Abdullah M, LowGKC, Matthews RW. Effects of common inorganic anions on rates of photo catalytic oxidation of organic carbon over illuminated titanium dioxide J. J Phys Chem, 1990, 94 (17): 6820- 6825. 12 Gaillard C,

16、Latched H, Houas A, etal. Influence of chemical structure of dyes, of pH and of inorganic salts on their photo catalytic degradation by TiO2 comparison of the efficiency of powder and supported TiO2 J. J Pho to hem Pho to boil A: Chem, 2003, 158(1): 27. 13 唐玉朝, 胡春, 王怡中. 无机阳离子对TiO2光催化降解染料的影响J. 环境化学,

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