硫化亚锡基材料的制备及其光催化性能研究

发布时间：2018-11-16 08:33

【摘要】：近年来,环境中大分子有机污染物的治理已经成为环境化学领域的的研究热点之一。其中,比较有代表性的有机污染物当属染料,其具有的毒性及可见性(即使浓度1 ppm)等特点,被认为是废水中的第一污染物。非均相光催化作为一种深度氧化技术,已经被公认是最有前景的绿色环境处理技术之一。目前,以Ti02为代表的半导体多相光催化技术已经在环境污染治理领域取得了较大的成效,但其较高的禁带宽度使其仅在紫外光下具有光催化活性,这一点严重限制了其推广和应用。利用可见光(或太阳光)催化降解有毒有机污染物一直是光催化领域的难题。鉴于此,本论文以利用可见光催化降解有机污染物为目标,选择能带宽度较窄,能对可见光响应,原料无毒、丰富的硫化亚锡(SnS)为催化剂,在可见光作用下,实现甲基橙(MO)、罗丹明B(Rh B)等染料有机物的降解。全文将从以下三大部分展开详细阐述:(1)分别考察了催化剂制备条件中不同因素对催化剂性能的影响,得出适宜的催化剂制备条件为:硫源为硫代乙酰胺,反应时间为24 h,反应温度为200℃C,溶剂为乙二醇。同时,选取两种形貌不同的SnS催化剂用于光催化降解MO和RhB两种染料,分析了形貌对光催化性能的影响。并对制备得到的SnS光催化剂降解污染物的工艺条件进行了优化,采用单因素实验考察了染料类型、底物浓度、催化剂用量对SnS光催化降解反应的影响,得到SnS光催化降解MO时光催化活性最佳,且最优催化剂用量为15mg,MO浓度为30mg/L。(2)采用一步溶剂热法,通过调节原料中Sn4+的质量百分比,制备得到一系列产物组成不同的SnS/SnS2-A-Dp-n异质结光催化剂,SnS为p型半导体,SnS2为n型半导体。其中,SnS/SnS2-B异质结的光催化活性较好,在光催化降解MO反应中,60 min时,SnS/SnS2-B对MO的降解率达到83.25%,且降解反应符合拟一级反应动力学,反应常数为3.351×10-2min-1,均高于纯的SnS和纯的SnS2。其稳定性循环测试表明,四次循环后降解率仍为76.68%,仅有6.6%的损失。SnS/SnS2-B异质结在光催化降解MO时,起主要作用的反应活性物质是·02-,其次是·OH,且·OH应该是通过·O2-→H2O2→·OH路线生成的。对于MO的降解过程,首先发生的是还原反应,即在质子(H+)的作用下,光生电子直接还原MO的N=N双键,打断N=N双键后生成如4-氨基苯磺酸钠更小的物质,随后发生·02-和·OH两种自由基的氧化反应,直至将所有的有机物小分子矿化为C02和H2O。(3)尝试将SnS与导电高分子聚苯胺(c-PANI)材料复合形成有机-无机杂化材料。通过质子酸掺杂原位氧化聚合法,制备得到一系列c-PANI/SnS复合材料。将其用于MO的光催化降解反应中,对其活性提高及SnS光蚀现象的改善等做出了解释。结果表明:在光照40 min时,c-PANI/SnS-2和c-PANI/SnS-0.5样品对MO的降解率分别为83.39%和58.27%,较SnS/SnS2-B的55.98%要好。这可能是由于SnS价带上的光生空穴迁移至c-PANI的最高占有轨道(HOMO),c-PANI最低空轨道(LUMO)上大量的电子迁移至SnS的导带,促进SnS电子-空穴对分离的同时,提高了光的吸收效率;同时,由于c-PANI与SnS之间形成了新的N-Sn键,SnS的光蚀现象问题可能会得到有效的改善。
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【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X703;O643.36

【参考文献】