不同体系下光催化降解罗丹明B性能的研究

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21世纪面临的两大问题是能源和环境问题,光化学催化在解决能源短缺和环境污染方面应用潜力巨大。然而传统的光化学材料,如TiO2、ZnS和ZnO等都是禁带较宽的光催化剂,只能吸收紫外光。而紫外光只占到全部自然光的4%,但是可见光则占到全部自然光的46%。因此开发和研究对可见光有响应的光化学催化过程是目前急需解决的关键问题。因为硫化物光催化以及光照下Fenton试剂催化反应都会生成羟基自由基(OH·),所以其反应过程具有一定的相似性。金属硫化物被认为是极佳的可见光光催化剂,其拥有较窄的禁带宽度能够使得金属硫化物在可见光催化氧化领域得到广泛的应用。Fenton试剂具有很强的氧化能力,在工业废水的处理中,国内外的学者都进行了广泛的研究。石墨烯(GO)是具有二维平面层状结构的材料,层状平面上有大量的极性官能团,可以和很多物质反应,将其嵌入石墨烯中。通过原位生长将硫化物与石墨烯融合形成复合物质,能很好的解决金属硫化物团聚问题,并且通过这种复合作用,使复合材料获得优于单一物质的光电化学性能。本文首先用二次氧化法氧化天然石墨的方法,成功制备氧化石墨烯。在此基础上,将金属硫化物CdS、ZnS粒子负载到石墨烯上,制成ZnS/GO、CdS/GO和ZnS+CdS/GO复合物,利用石墨烯独特的物理特性,研究其对金属硫化物催化性能的影响,并探究催化剂降解罗丹明B的催化特征。结论得出金属硫化物与石墨烯复合材料降解罗丹明B的光催化活性明显优于单一硫化物光催化材料的催化活性。硫化物与石墨烯的复合物具有极佳的光催化活性的原因有:二维平面层状石墨烯具有极强的传电子能力和较大的比表面积,能够使光生电子快速地迁移至催化剂表面,参与光催化反应。纯ZnS没有很好的光催化性能。不同金属硫化物材料之间,催化活性最强的是CdS/GO。Fenton光催化实验主要考察了光照/非光照条件、体系中不同种类的蒽醌、Fe(Ⅲ)、自由基淬灭剂、H2O2及其含量变化等对罗丹明B的脱色特征和影响,结果表明:含氧化敏感官能团结构的蒽醌类有机质在光照作用下,促进了Fenton反应的进行,使得罗丹明B降解程度得到加强。这主要是蒽醌类有机质和模拟太阳光耦合作用过程驱动了体系中不同形态的铁[Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅲ)]之间的持续循环,为Fenton反应过程中关键活性物种羟基自由基的生成提供所了所必须的Fe(Ⅲ)。
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