铁酸锌/聚苯胺复合材料和硫化镉磁性复合微球的制备及光催化性能

作     者：冒卫星 

作者单位：浙江师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：宫培军

授予年度：2014年

学科分类：081705[工学-工业催化] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：铁酸锌 硫化镉 聚苯胺 光化学合成 光催化 有机染料 

摘      要：半导体光催化技术因其拥有许多优点在降解有机废水方面具有良好的应用前景,发展可见光响应的高活性光催化剂和探索新的合成方法是当前光催化研究的重要方向。铁酸锌(ZnFe2O4)是可以吸收可见光的半导体光催化材料,但其电子-空穴分离效率低。聚苯胺(PANI)具有良好的电导率和化学稳定性等性能,聚苯胺的修饰提高纳米ZnFe2O4的光生电子-空穴分离效率,进而改善光催化剂性能。硫化镉(CdS)是一种可见光响应、光电转化性能优良的半导体材料,将其锚定在磁性高分子颗粒的表面不仅可以有效地提高其分散性,同时方便了催化剂的回收。本文制备和表征了两种成分的无机-有机复合材料,对复合材料的光合成方法开展了探索,并研究其光催化降解有机染料废水的性能。研究内容如下： (1)在共沉淀法制备纳米ZnFe2O4的基础上,利用化学氧化聚合法制备出组份含量不同的ZnFe2O4/PANI复合材料,表征了催化剂的组成、结构、形貌、光吸收和磁性能。结果表明,随着PANI含量的增大,ZnFe2O4/PANI的形貌由约20nin球形演变为微米级不规则团状,对可见光的吸收增强,吸附性能逐渐增强,光催化性能先增大、后减小,在PANI含量约为6.6%时最大,在紫外光和可见光下辐照150min时溶液降解罗丹明B(RhB)的效率分别为90%以上。 (2)采用光化学方法制备了ZnFe2O4/PANI复合纳米粒子。产物拥有更薄的聚苯胺壳和更好的分散性,尺寸介于15-35nm,聚苯胺的质量分数为9.8%,比表面为54.99m2/g;相比相同pH值条件下化学氧化聚合法制备的样品,该样品中PANI的HCl掺杂程度较高,对RhB的吸附能力和光催化降解活性均不高;但是光化学法可以在较低酸度(pH=5)下实现苯胺的聚合反应。初步推测认为铁酸锌的光生空穴的氧化作用是导致苯胺单体聚合的关键。 (3)采用光化学方法在Fe304/聚丙烯酸纳米粒子表面沉积CdS,制备了核-壳结构Fe3O4/PAA/CdS复合微球。Fe3O4/PAA/CdS具有发光性能和准超顺磁性,在RhB的降解实验中显示出良好的可见光催化活性,比市售的P25催化效率高54.2%,可以借助磁铁在2min内完全回收并直接重复使用。