SnS2的合成、改性及光催化还原Cr(Ⅵ)的应用研究

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光催化技术是一种具有前途的Cr(VI)废水处理技术,利用丰富的太阳能资源来处理环境污染问题更是一种可持续发展的战略手段,而研制与开发出高效、经济和环保的半导体光催化剂是实现工业化的关键。SnS2是具有约2.2eV的中等带隙的CdI2型半导体。近年来,由于其丰富的原料,易合成,成本低,无毒,可见光光催化活性相对较高等特点,吸引了广大学者的研究兴趣。而大部分报道的固相合成法温度较高,难以实现工业化生产,并且由于电子空穴复合几率、抗腐蚀性能不佳等原因限制了 SnS2的光催化应用。针对上述问题本文对SnS2进行了改性,使其光催化还原Cr(VI)的活性得到了提高。本文已经完成的内容如下:1.以SnCl2·2H20和CH4N2S作为原料,经过研磨共混后,在一定温度下煅烧2小时后,合成出花状SnS2材料。利用X-射线粉末衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪(Raman)、X-射线光电子能谱仪(XPS)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、紫外-可见漫反射光谱仪(UV-visDRS)、荧光光谱(PL)和电化学阻抗(EIS)等检测手段表征了样品的组成、结构以及光学电学性质;利用氮气吸附脱附曲线和Zeta电位仪测试了样品的比表面积、孔径分布和Zeta电势;在可见光照射下,以K2Cr2O7(50mg/L)水溶液作为模拟污染物,考察了 SnS2-170℃、SnS2-180℃和SnS2-190℃样品光催化还原Cr(VI)的活性比较;此外,还研究了光催化实验参数(包括光催化剂用量、K2Cr207水溶液浓度和初始pH值)对SnS2-170℃光催化还原Cr(VI)活性的影响。结果表明:(1)成功合成出SnS2的最低反应温度为170℃,形貌是由纳米片组成的花状;(2)170。℃温度下固相反应合成的SnS2材料光催化还原Cr(VI)的效果最佳;(3)随着SnS2-170℃光催化剂用量的增加,光催化活性变高;(4)Cr(VI)溶液初始浓度越低,SnS2-170℃光催化还原效果越好;(5)溶液的pH值影响SnS2-170℃光催化还原Cr(VI)的效率,较低的pH值可以提高SnS2-170℃对Cr(VI)的去除率。2.以Ce(NO3)3·6H2O为原料,通过固相反应合成出CeO2纳米材料,再将不同质量的Ce02超声分散到水溶液中,加入SnCl4r·5H2O和CH3CSNH2,经过水热反应合成出不同比例的 CeO2/SnS2 复合材料。利用 XRD、Raman、XPS、HRTEM、UV-vis DRS、PL 和 EIS等测试表征了 Ce02/SnS2纳米复合材料的组成、结构及光学电学性质;利用Mott-Schottky曲线计算出CeO2和SnS2的平带电势;利用粒度分析仪测试了材料的Zeta电势;在可见光照射下,以K2Cr2O7(50mg/L)水溶液作为模拟污染物,考察了 CeO2/SnS2-1/1~CeO2/SnS2-2/1等样品光催化还原Cr(VI)的活性比较;此外,还研究了光催化试验参数(包括光催化剂用量、K2Cr2O7水溶液浓度和初始pH值)对CeO2/SnS2-1.5/1光催化还原Cr(VI)活性的影响;也研究了 CeO2/SnS2-1.5/1复合材料光催化活性提高的机理。结果表明:(1)CeO2/SnS2-1.5/1复合材料具有异质结结构;(2)CeO2/SnS2-1.5/1复合材料相对于CeO2和SnS2的荧光强度和阻抗值最小;(3)CeO2/SnS2-1.5/1复合材料光催化还原Cr(Ⅵ)的效果最好;(4)随着CeO2/SnS2-1.5/1复合材料用量的增加,光催化活性变高;(5)Cr(Ⅵ)溶液初始浓度越低,CeO2/SnS2-1.5/1复合材料光催化效果越好;(6)溶液的pH值影响CeO2/SnS2-1.5/1复合材料光催化还原Cr(Ⅵ)的效率,当pH=1.0时,光催化还原Cr(Ⅵ)的效果最好。3.以Ce(NO3)3·6H2O为原料,通过固相反应合成出CeO2纳米材料,再将CeO2超声分散到水溶液中,加入SnCl4·5H2O和CH3CSNH2,经过水热条件合成出CeO2和SnS2质量比为1.5/1的CeO2/SnS2复合材料。将CeO2/SnS2复合材料加入到PANI含量不同的DMF溶液中,通过蒸干溶剂,得到PANI和CeO2/SnS2质量比为2~4%的CeO2/SnS2/PANI复合材料。利用 XRD、Raman、FT-IR、XPS、HRTEM、UV-vis DRS、PL 和 EIS 等测试表征了CeO2/SnS2-PANI纳米复合材料的组成、结构及光学电学性质;利用粒度分析仪测试了材料的Zeta电势;在可见光照射下,以K2Cr2O7(50mg/L)水溶液作为模拟污染物,考察了CeO2/SnS2/PANI-2~4%光催化还原Cr(Ⅵ)活性的比较;此外,还研究了光催化试验参数(包括光催化剂用量、K2Cr2O7水溶液浓度和初始pH值)对CeO2/SnS2/PANI-3%光催化还原Cr(Ⅵ)活性的影响。结果表明:(1)PANI与CeO2/SnS2复合后,提高了 CeO2/SnS2的可见光吸收能力;(2)复合材料中PANI的存在,降低了 CeO2/SnS2电子空穴的复合几率,提高了CeO2/SnS2电荷转移和传输速率;(3)CeO2/SnS2/PANI-3%复合材料具有异质结结构;(4)CeO2/SnS2/PANI-3%复合材料光催化还原Cr(Ⅵ)的效果最好;(5)随着CeO2/SnS2/PANI-3%复合材料用量的增加,光催化活性变高;(6)Cr(Ⅵ)溶液初始浓度越低,CeO2/SnS2/PANI-3%复合材料光催化效果越好;(7)溶液的pH值影响CeO2/SnS2/PANI-3%复合材料光催化还原Cr(Ⅵ)的效率,随着pH值的降低,光催化还原Cr(Ⅵ)的效果就越好。
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