尖晶石型复合硫化物的制备与性能研究

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尖晶石型复合硫化物AB2S4是一类具有丰富结构和应用潜力的功能材料,在磁性材料、光电材料、电极材料、超导材料、催化材料等领域具有巨大的应用前景。  本文利用低温水热法,在120℃下合成了一系列具有尖晶石结构的复合硫化物ZnIn2S4、NiIn2S4、CdIn2S4、CoIn2S4、MnIn2S4、MgIn2S4,并采用X-射线粉末衍射、比表面测定、热重-差热等方法对样品进行了表征。实验以亚甲基蓝为目标物,研究了硫铟尖晶石系列对亚甲基蓝的吸附性能和光催化降解性能。并得到以下结论。  一、150℃条件下,M(NO3)2(M=Cd、Zn、Mn、Mg、Co、Ni),In(NO3)3,NH2CSNH2三种前驱体在配比为1:2:10条件下,制备出的硫铟尖晶石ZnIn2S4对亚甲基蓝的吸附降解能力最强。本文以CdIn2S4为代表,对亚甲基蓝溶液吸附模型进行吸附动力学模拟。研究表明:其吸附动力学数据能够较好的符合一级动力学方程,且CdIn2S4对亚甲基蓝的吸附主要受物质传输步骤控制;颗粒内扩散过程是催化剂CdIn2S4吸附亚甲基蓝的主要控制步骤,但并不是吸附速率的唯一控制步骤,其吸附过程也受到颗粒外扩散过程(如液膜扩散和表面吸附等)的控制。硫铟尖晶石对甲基橙、萘酚绿B、亚甲基蓝等染料和有机小分子具有选择性吸附作用。  二、研究了催化剂的添加量、亚甲基蓝溶液的初始浓度、反应时间等因素对光催化降解亚甲基蓝溶液的影响。实验得出在催化剂ZnIn2S4为0.5g.L-1,亚甲基蓝溶液初始浓度为40ppm,照射光源为125W紫外高压汞灯,对亚甲基吸附光催化降解30min效率最高,对亚甲基蓝溶液的脱色率和CODcr去除率分别达80%和70%以上。此外,在催化剂浓度和反应时间不变的条件下,使用125W紫外高压汞灯对反应液进行照射可以提高硫铟尖晶石对亚甲基蓝的CODcr去除率,其中硫铟尖晶石CdIn2S4对亚甲基蓝模拟废水的CODcr去除率为35.00%,相对于仅靠吸附作用对亚甲基蓝的CODcr去除率(16.67%)有显著的提高。
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