硫化锡的改性及其光催化还原六价铬的性能研究

发布时间：2020-06-17 02:51

【摘要】：近年来,半导体光催化技术作为一种经济环保的废水处理技术,在还原Cr(Ⅵ)方面具有广阔的应用前景。而低成本、高效率可见光催化剂的研制是实现工业化的关键。SnS2是具有CdI2型结构的层状可见光响应光催化剂,但因其光生电子和空穴的快速复合,光催化活性达不到预期效果,从而限制了 SnS2的发展。研究表明,SnS2与半导体、共轭聚合物或石墨烯及其衍生物复合可显著提高其光催化活性。因为它们与SnS2复合可以形成异质结,这有利于光生电子和空穴的分离。因此,本文分别采用环化聚丙烯腈(CPAN)、SnO2和共轭的聚氯乙烯衍生物(CPVC)、SnO2和氮掺杂石墨烯(NG)对SnS2进行改性,合成SnS2/CPAN、SnO2/SnS2/CPVC和SnO2/SnS2/NG纳米复合物,并研究其在可见光照射下光催化还原Cr(Ⅵ)的性能。本文完成的主要内容如下:1.采用三步法合成了 SnS2/CPAN纳米复合材料。利用X-射线粉末衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、拉曼光谱仪(Raman)、X-射线光电子能谱仪(XPS)、场发射透射电镜(HRTEM)、紫外-可见漫反射光谱仪(UV-vis DRS)、荧光光谱(PL)和电化学阻抗(EIS)等测试表征了样品的组成、结构、光学和电学性质;利用氮气吸附脱附曲线测试了样品比表面积的大小;以50 mg/L K2Cr2O7水溶液作为目标污染物,可见光照射下探究了 PAN与SnS2的初始用量比、SnS2/PAN的热解温度和时间对产物光催化活性的影响。同时,探讨了优化条件下所制SnS2/CPAN-2光催化还原Cr(Ⅵ)的机理。结果表明:(1)与SnS2相比,SnS2/CPAN-2二元复合材料中光生电子-空穴的分离效率更高、电荷的转移速率更快;(2)PAN与SnS2初始质量比为1%,SnS2/PAN的热解温度和时间分别为200℃和2 h,合成的SnS2/CPAN-2纳米复合物的光催化活性最高;(3)SnS2/CPAN-2光催化还原Cr(Ⅵ)的机理是以e-直接还原为主。2.采用四步法合成了 SnO2/SnS2/CPVC三元复合材料。利用多种测试手段表征了样品的组成、结构、光学和电学性质。探究了不同条件下合成的SnO2/SnS2和SnO2/SnS2/CPVC产物光催化还原Cr(Ⅵ)的活性。同时,探讨了 SnO2/SnS2/CPVC-2光催化还原Cr(Ⅵ)的机理。结果表明:(1)与 SnS2、SnO2/SnS2-1.0h、SnS2/CPVC 相比,SnO2/SnS2/CPVC-2 复合物中光生电子-空穴的复合率更低、电荷转移速率更快;(2)Sn02和CH3CSNH2的水热反应时间为1.0 h,合成的SnO2/SnS2-1.0 h材料的光催化活性最高;(3)PVC与SnO2/SnS2-1.0 h初始质量比为1%,合成的SnO2/SnS2/CPVC-1.0%复合物的光催化活性最高;(4)SnO2和CPVC在提高SnS2光催化活性方面具有协同作用;(5)SnO2/SnS2/CPVC-2光催化还原Cr(Ⅵ)的机理是以e-直接还原为主。3.采用两步法合成了 SnO2/SnS2/NG三元复合材料。利用多种测试手段表征了样品的组成、结构、光学和电学性质。探究了 NG与SnO2/SnS2初始质量比对产物光催化还原Cr(Ⅵ)的活性影响。同时,探讨了 Sn02/SnS2/NG光催化还原Cr(Ⅵ)的机理。结果表明:(1)相较于SnS2和SnO2/SnS2而言,SnO2/SnS2/NG三元复合物的光生电子和空穴的复合率更低,电荷的转移速率更快;(2)NG与SnO2/SnS2初始质量比为1%,合成的SnO2/SnS2/NG-2光催化性能最好;(3)Sn02和NG在提高SnS2光催化活性方面具有协同作用;(4)SnO2/SnS2/NG-2催化剂还原Cr(Ⅵ)的机理是e-直接还原为主。
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703;O643.36;O644.1
【图文】：

半导体光催化,半导体光催化剂,基本原理,示意图

技术成为全球研宄的热点。逡逑半导体光催化的过程比较复杂，国内外研究者对其反应机理的研究还在不断地深入，而逡逑目前普遍倾向于用半导体能带理论［２２］来解释光催化的作用机理（如图１．１）。通常，半导体价带逡逑（ＶＢ）中的电子（0不会自发跃迁到导带（ＣＢ），但当光（入射光的能量ｈｖ？Ｅｇ，邋Ｅｇ为半导体的带逡逑隙值）照射到半导体表面时，ＶＢ中的ｅ＿就会吸收光子的能量，跃迁到导带（ＣＢ），而在ＶＢ中逡逑留下等量的空穴00。因为６＿和１１＋分别具有较强的还原性和氧化性，所以形成了一个氧化－逡逑还原体系。在光催化反应中伴随两个过程：ｅ＿和ｈ＋迁移至半导体的表面并与吸附在表面的物逡逑质发生氧化还原反应；ｅ？和ｈ＋在半导体的表面或内部也可能直接发生复合。在半导体光催化逡逑材料中，如果ｅ？和ｈ＋在产生和迁移的过程中快速复合，就会导致生成的光生载流子寿命非逡逑常短，影响材料的光催化性能。因此，我们在研究与合成半导体光催化剂时可以从以下方面逡逑入手来改进光催化剂。第一，降低ｅ＿和ｈ＋的复合速率；第二，增强可见光吸收能力；第三，逡逑提高光生载流子与催化剂表面吸附物质的反应速率。逡逑

曲线,光电性质,样品,比表面积

２．３＿２样品的ＢＥＴ测试逡逑催化剂的比表面积大小在光催化效率方面也至关重要。为了研究材料的微观结构，本逡逑文测试了邋ＳｎＳ２和ＳｎＳ２／ＣＰＡＮ－２光催化剂的氮气吸附－脱附等温曲线，结果显示在图２．６。结逡逑果表明，两个样品的曲线均为典型的ＩＶ型物理吸附曲线，具有Ｈ２迟滞环。通过对数据进逡逑行计算，ＳｎＳ２的比表面积分别为６０．６７邋ｍ２／ｇ，邋ＳｎＳ２／ＣＰＡＮ－２的比表面积分别为７４．４６邋ｍ２／ｇ。逡逑样品的比表面积与活性位点密切相关。一般来讲，比表面积越大，活性位点越多，光催化逡逑剂与目标污染物的接触面积越大，光催化的活性越高＃２５１。逡逑１２０，逦逡逑广丨00－逡逑－＾ＳｎＳ，／ＣＰＡ＇－２逦｜邋Ｃ逡逑ｉｉ－邋８０邋－逦￣？—ＳｎＳ，逦Ｉ逡逑！６０－邋Ｍ逡逑１０逡逑０邋Ｌ逦？逦？逦１逦１逦逡逑０．０逦０．２逦０．４逦０．６逦０．８逦１．０逡逑Ｒｅｌａｔｉｖｅ邋ｐｒｅｓｓｕｒｅ邋（ｐ／ｐｏ）逡逑图２．６邋ＳｎＳ２和ＳｎＳ；：／ＣＰＡＮ－２的Ｎ２吸附－脱附等温线图逡逑２．３．３样品的光电性质逡逑２．３．３．１邋ＵＶ－ｖｉｓ漫反射光谱分析逡逑图２．７是ＳｎＳ２、ＣＰＡＮ、ＰＡＮ和ＳｎＳ２／ＣＰＡＮ－２的ＵＶ－ｖｉｓ漫反射光谱。从图中可以看出

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