探讨纳米CdS -壳聚糖复合粒子的制备及光催化性能研究-.docVIP

探讨纳米CdS /壳聚糖复合粒子的制备及光催化性能研究* 　　1 引言 　　硫化镉(CdS) 是一种典型的Ⅱ!Ⅵ族半导体化合物，室温下禁带宽为2. 42 eV，具有优异的发光性能和光电转换特性。当其粒子粒径小于100nm 时，CdS 呈现明显的量子尺寸效应，因而在发光二级管、太阳能电池、传感、光电化学、光催化、非线性光学器件和其它一些光电器件上有着广泛的应用。特别是CdS 纳米颗粒，吸收光谱宽，消光系数大，可高效利用光能，已得到广泛的研究并实际应用于各类有机污染物的光催化降解，但其比表面积和表面能特别大，以致常态下非常不稳定，易团聚，易发生光腐蚀，是目前研究的热点和难点。 　　壳聚糖(CS)由甲壳素经过脱乙酰而制得，是迄今唯一从自然界直接获得的天然碱性多糖，化学名称为聚葡萄糖胺(1-4)-2-氨基-B-D 葡萄糖。本文利用壳聚糖分子中含有大量的-OH、-NH2等功能基团、对金属离子具有很强的吸附和螯合作用这一特性，通过反应条件的控制，实现其与原位生成纳米CdS 的复合，制得纳米CdS /壳聚糖复合粒子。继以氙灯模拟日光光源，考察其对偶氮染料甲基橙(MO)光降解过程的催化作用，研究了pH 值、复合粒子加入量以及多次重复使用对催化效果的影响。 　　2 实验 　　2. 1 试剂与仪器 　　2. 1. 1 实验试剂 　　硫脲，氯化铬，均为分析纯，南京化学试剂有限公司;壳聚糖，山东奥康生物科技有限公司;甲基橙，西陇化工股份有限公司;25%戊二醛水溶液，上海天莲精细化工有限公司;其它试剂均为分析纯，配制溶液时均使用本实验室自制的二次蒸馏水。 　　2. 1. 2 实验仪器 　　X 射线衍射仪，丹东方圆仪器有限公司;氙灯模拟日光光源，BILON-XQ350W，上海比朗仪器制造公司;UV-Vis 分光光度计，TU-1901，北京普析通用仪器有限责任公司;集热式恒温磁力加热搅拌器，DF-101S，巩义市予华仪器有限责任公司。 　　2. 2 纳米CdS /壳聚糖复合粒子的制备 　　40 mL，0. 2 mol /L CdCl2溶液和40 mL 0. 2 mol /L硫脲溶液分别与同容量的1% 壳聚糖稀硝酸溶液混合，搅匀，分别获得A 凝胶液和B 凝胶液。在60 ℃的恒温水浴中，在搅拌下将B 凝胶液缓慢滴加到A 凝胶液中。在滴加完毕并继续搅拌30 min 之后，再在搅拌下滴加30 mL，0. 3 mol /L NaOH 溶液，可见纳米CdS 原位与壳聚糖复合，缓慢形成黄色的凝胶粒子。恒温水浴陈化60 h 后，在搅拌下加入100 mL 0. 2%戊二醛溶液，30 min 之后，再加入200 mL，0. 1 mol /L NaOH 溶液，使之完成交联反应。过滤，固体物依次用二次蒸馏水、无水乙醇各洗涤5 次后，冷冻干燥，得到纳米CdS /壳聚糖复合粒子，作为催化剂备用。 　　2. 3 光催化降解实验 　　在装有一定量1. 0 g /L 甲基橙标液的光催化反应器中加入适量催化剂，考察在氙灯模拟日光光源、磁力搅拌和曝气装置协调作用下，催化剂对甲基橙溶液的光催化降解行为。每间隔一定时间取样，用UV-Vis 分光光度计测定其吸光度，并根据标准曲线计算出甲基橙质量浓度。根据式(1)计算降解率eta;。eta; = (C0 - C) /C0 times; 100% (1)式(1)中，C0和C 分别为甲基橙溶液初始质量浓度和取样时的质量浓度。 　　3 结果与讨论 　　3. 1 X 射线衍射( XRD) 表征 　　所出现的(112)、(103)、(110)、(102)、(002) 和(100) 晶面峰，与CdS 的标准图谱JCDS 06-0314 的衍射数据相一致。表明采用原位生成法，所制备的是CdS /壳聚糖复合粒子。壳聚糖在XRD 图谱中不出峰。另外，由于复合粒子所含的CdS 晶粒较小，导致衍射峰宽化，根据Debeye-Scherrer 公式计算，CdS 晶粒大小为31 ～76 nm。 　　3. 2 纳米CdS /壳聚糖复合粒子用量对降解甲基橙效果的影响 　　在若干份同为50 mL，1. 0 g /L 甲基橙溶液中，分别投入0. 050，0. 100，0. 150，0. 200，0. 250，0. 300，0.350，0. 400，0. 450 和0. 500 g 质量不等的纳米CdS /壳聚糖复合粒子，测定25 ℃恒温水浴中，pH 值为5，反应60 min后，其各自的光催化降解率，该降解率随催化剂用量的增加呈递增趋势。这种趋势在催化剂投入量小于0. 3 g 时尤为明显;随后趋于平缓。这可能是由于在一定的投加量范围内，光催