TiO2与ZnIn2S4的光催化性能研究
摘要：随着工业生产的迅速发展，染料废水排放已经严重威胁着人类的健康和生命，因此，染料废水处理就成了人们函待解决的问题。目前光催化氧化技术成为废物处理的方法中最有前景的一种，半导体纳米材料光催化剂对生物难以降解的有机物表现为较强的降解能力，可将环境有害物质降解为水和二氧化碳，因此受到广泛关注。本文介绍纳米材料光催化剂TiO2和ZnIn2S4及其在光学方面的应用，用生物膜板制备的纳米材料光催化剂TiO2和ZnIn2S静音冷却塔4在800W氙灯照射下模仿自然光降解（亚甲基蓝、罗丹明B电梯五方通话系统
、甲基紫、苯酚、刚果红、乙基紫、碱性品红等）多种有机染料。实验表明，纳米材料光催化剂TiO2和ZnIn2S4能降解这些有机染料，但该两种催化剂对同一种染料降解效果有明显差异；同种催化剂对不同种染料的降解效果表现不同，也就是表现为不同的降解能力；不同模板制备的ZnIn2S4催化剂对相同浓度的同种染料表现为吸附效果和光催化效果有差异；两种催化剂相比，ZnIn2S4催化剂有更强的吸附性和光催化降解能力。 关键词：光催化 TiO2 ZnIn2S4 有机染料
Abstract: With the rapid development of industrial production, dye wastewater discharge is
a serious threat to human health and life, therefore, the dye wastewater treatment has become the people need to be addressed. Photocatalytic oxidation technology become the most promising method of waste disposal as a semiconductor nanomaterials photocatalyst strong degradation of bio-organics difficult to degrade performance, environmentally harmful substances can be degraded into water and carbon dioxide, and therefore subject to extensive attention. This article describes the photocatalyst TiO2 and ZnIn2S4 of nanomaterials and their application in optical biofilm preparation of nanomaterials photocatalyst TiO2 and ZnIn2S4 800W xenon lamp irradiation to mimic natural light degradation (methylene blue, rhodamine B, methyl violet, phenol , Congo red, ethyl Violet, basic Fuchsin, etc.) a variety of organic dyes. Experiments showed that the photocatalyst TiO2 and ZnIn2S4 of nano-materials can degrade organic dyes, but the two catalysts with a dye degradation effects were significantly different; the same kind of catalyst performance degradation effects of different kinds of dyes, which is manifested as different degradation ability; different templates prepared ZnIn2S4 catalyst performance of the same concentration of dye adsorption effect and photocatalytic effects
are different; compared to the two catalysts the catalyst ZnIn2S4 stronger adsorption and photocatalytic degradation ability.
Keywords: Photocatalysis TiO2 ZnIn2S4 organic dyes
目录
1. 绪论..................................................................1
1.1. 光催化技术及其应用...............................................1
1.1.1. 光催化技术介绍.............................................1
1.1.2. 光催化反应的原理...........................................1
1.1.3 光催化技术在染料废水方面的应用及现状.......................3
1.2. 催化剂制备方法的研究现状............................................4
1.2.1 催化剂制备常用方法.............................................4
1.2.2 生物模板制备催化剂的情况........................................5
2. 实验部分.............................................................6
2.1. 实验主要仪器、试剂...............................................6
2.2. 试验方法.........................................................6
2.3. 实验过程.........................................................8
2.3.1. F2319模板制二氧化钛（TiO2静态管理）降解有机污染物.................8 2.3.2. 生物膜制硫化物ZnIn2S4降解有机污染物.......................11
电动画舫船3. 实验结果与分析.......................................................24
3.1. 实验结果分析讨论................................................24
3.2. HDPE多孔加筋缠绕波纹管结束语..........................................................25
参考文献................................................................26
致谢....................................................................29
1. 绪论
目前, 化工废水尤其是含有苯环、 多环类有机污染物的治理日益受到重视。 常规的一些处理方法, 由于种种原因效果尚不理想、 难以单独应用。 生化处理虽能彻底降解此类有机物, 但投资较大, 管理要求高、 且各类废水的可生化能力差异也较大, 使其推广应用受到一定限制。70 年代, John H1 Carey 等注意到 T i O 2 水体系在光照条件下可非选择性氧化(降解) 各类有机物, 并使之彻底矿化, 生成 CO 2 和H2O , 引起了人们的关注。在此之后, 各国环境科学工作者在这一领域进行了广泛而深入的探索, 取得了许多可喜的成绩, 并在环保方面得到了应用[ 1 ]，这一技术就是人们常说的光催化技术。
1.1 光催化技术及其应用
1.1.1 光催化技术介绍
光催化技术是在20世纪70年代诞生的基础纳米技术，在中国大陆我们会用光触媒这个通俗词来称呼光催化剂。典型的天然光催化剂就是我们常见的叶绿素，在植物的光合作用中促进空气中的二氧化碳和水合成为氧气和碳水化合物。它几乎可分解所有对人体和环境有害的有机物质及部分无机物质，不仅能加速反应，亦能运用自然界的定侓，不造成资源浪费与附加污染形成。
光催化技术（即光触媒）就是在光照情况下，催化剂（触媒）将被降解物进行催化降解的化学催化反应技术，在化学催化反应过程中催化剂本身并不发生反应或说成是不消耗催化剂。最具代表性的例子为植物的"光合作用"，吸收对动物有毒之二氧化碳，利用光能转化为氧气及水。光催化氧化作为一种高级氧化技术，近年来在难降解污染物的处理方面得到了广泛的研究。在工业有机染料废水的处理及生活用水的深度治理和新能源的开发利用等方面展示了广阔的应用前景[ 2 ]。
1.1.2 光催化反应的原理
光催化反应即光催化剂在光照条件下将被降解物催化氧化，世界上能作为光催化的材料众多，包括二氧化钛(TiO2),氧化锌(ZnO),氧化锡(SnO2),二氧化锆(ZrO2)，硫化镉(CdS)，ZnIn2S4等多种氧化物硫化物半导体。
在光催化反应中，羟基自由基是光催化反应的一种主要活性物质，对光催化氧化起决定作用[ 3 ]。催化剂（TiO2） 在光照射下, 能激发形成电子 -空穴对, 这些电子和空穴能迁移到颗粒的表面与附在表面上的物质发生氧化还原反应,可以将吸附在其表面的有机物质降解为无污染的无机物[ 4 ， 5] 当能量大于催化剂（ZnIn2S4 TiO2等）禁带宽度的光照射半导体时，光激发电子跃迁到导带，形成导带电子(矿)，同时在价带留下空穴(矿)。由于半导体能带的不连续性，电子和空穴的寿命较长，它们能够在电场作用下或通过扩散的方式运动，与吸附在半导体催化剂粒子表面上的物质发生氧化还原反应，或者被表面晶格缺陷俘获。空穴和电子在催化剂粒子内部或表面也可能直接复合。空穴能够同吸附在催化剂粒子表面的OH或H2O发生作用生成HO·。HO·是一种活性很高的粒子，能够无选择地氧化多种有机物并使之矿化，通常认为是光催化反应体系中主要的氧化剂。光生电子也能够与O2发生作用生成HO2·和O2-·等活性氧类，这些活性氧自由基也能参与氧化还原反应。该过程如图1(a)所示，可用如下反应式表示（以TiO2光学检测技术
为例）：
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