CdS/AgBr-rGO三元催化剂对RhB降解及Cr(Ⅵ)还原的光催化研究

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有机染料废水污染以及铬(Cr)离子污染是21世纪环境领域面临的重大挑战。罗丹明B(RhB)在纺织工业中广泛用为有机染料,会造成富营养化以及对水生生物的扰动。铬(Cr)被广泛用于工业生产且是自然界中普遍存在的金属元素,其中六价铬(Cr(Ⅵ))的毒性是三价铬(Cr(Ⅲ)的数百倍。同时,六价铬易于在人体内富集,引发人类相关疾病,威胁到公众健康。现处理废水中的罗丹明B(Rh B)、铬(Cr)的方法主要包括吸附,高级氧化,光降解和微生物降解。其中,半导体光催化技术效果最优异,且有利于污染物完全降解,因此它已被开发为在环境修复领域中的最有利技术。近些年,将多种半导体材料构造形成Z型结构引起了广泛的关注,该结构能够加快半导体的电子与空穴的传递速率,抑制电子与空穴的结合,从而能够强化半导体材料的氧化还原能力。本文利用水热法成功制备CdS/AgBr-γGO三元复合光催化剂材料,实现了快速降解罗丹明B以及还原Cr(Ⅵ)的展望。主要研究成果如下:(1)CdS/AgBr-γGO三元复合材料的合成及其表征通过水热法合成CdS/AgBr-γGO三元复合催化剂。利用XRD、SEM、TEM、XPS、UV-DRS、PL、BET、ESR、电化学等技术对所制备的CdS/AgBr-γGO三元复合光催化剂材料进行表征,结果表明:片状的γGO与球状的AgBr成功地结合,并生长在棒状的CdS上。(2)CdS/AgBr-γGO三元复合材料光催化降解罗丹明B进行RhB降解光催化氧化实验。在RhB光催化氧化降解实验中,探究CdS、AgBr、γGO之间的最佳质量配比,光催化剂在反应体系中的最佳投加量,以及光催化反应氧化机理;实验结果表明:CdS/AgBr-γGO(质量比为10:1:0.01)展现出最优的光催化活性,其降解RhB的一阶动力学降解系数分别是单纯的CdS、AgBr的1.96、5.67倍;通过电化学,PL进行表征,结果表明:CdS/AgBr-γGO(质量比为10:1:0.01)展现出的光电流最强,PL峰值最低,即电子传递效率高,电子与空穴分离迅速,这一结果与光催氧化反应实验结果一致。同时从ESR与淬灭实验结果显示出,CdS/AgBr-r GO三元催化剂在降解罗丹明B过程中会产生.O2-、.OH自由基。(3)CdS/AgBr-γGO三元复合材料光催化还原Cr(Ⅵ)在Cr(Ⅵ)光催化还原实验中,探究光催化剂在反应体系中的最佳投加量,光催化还原反应机理。实验结果表明,CdS/AgBr-γGO(质量比为10:1:0.01)还原能力最强,在40分钟内还原降解效率达到100%。上述的研究结果显示,本文利用水热法构造的三元Z型光催化剂CdS/AgBr-γGO,在光催化降解罗丹明B与还原Cr(Ⅵ)的过程中,展现出了优异的光化学能力,从而对水环境的改善引入了新的方法。
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