硫化镉光催化中空纤维制备及其性能研究

来源 :天津工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ken_200
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环境污染和能源危机日益严重,光催化技术因其在环境净化和能量转换方面的优势受到科研人员的重点研究。作为一种高效的氧化技术,光催化过程在光照下能够降解有机污染物和分解水制氢气(H2),同时光催化材料自身无损耗,无二次污染,被环保界认为是当今世界最理想的环境净化技术之一。相比于其他光催化剂,硫化镉(CdS)因其具有更窄的带隙,更容易被触发的催化条件而受到科研人员的广泛关注,但CdS在催化过程中易发生光腐蚀,并且纳米尺度的光催化剂在溶液体系中使用后回收困难。
  为解决CdS的光腐蚀和回收问题,论文采用连续离子层吸附反应法(SILAR)将CdS负载到聚丙烯腈(PAN)纤维上,再将聚吡咯(PPy)沉积到CdS/PAN纤维上,制备出芯鞘结构的PPy/CdS/PAN纤维。其后,选用特定溶剂将PAN芯纤维去除,成功制备PPy/CdS中空纤维。
  对PPy/CdS中空纤维的微观形貌、晶相、化学结构、光催化降解性能和制氢性能以及抗腐蚀性能等进行探究。结果表明,所得PPy/CdS中空纤维拥有1.9eV的低能带隙。PPy/CdS中空纤维的有效光催化剂含量为55.9wt%,3h对染料亚甲基蓝(MB)的去除率为73.06%(剂量:5mg·10mL-1),H2的生成速率达到269.7μmol·g-1·h-1。与CdS/PAN纤维相比,PPy/CdS中空纤维经过8个循环后仍保持较高且可持续的光催化活性,这表明PPy有效地提高了CdS的稳定性。基于实际的光催化性能和电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)对镉离子(Cd2+)的检测结果,可以看出,PPy在PPy/CdS中空纤维的光催化过程中起着双重作用,即同时起到提高光催化效率和抑制CdS光腐蚀的作用。与纳米尺度光催化剂相比,纤维状PPy/CdS中空纤维形态纤细(直径约为18μm)、膨松度高,易于回收。鉴于其中空特殊形态,PPy/CdS中空纤维具有出色的吸附能力和对污染物的降解能力,能够实现高效的吸附-降解过程。
  上述研究过程中发现,PAN纤维作为芯层纤维并不能被彻底去除,使得有效光催化剂含量不高。接着,论文以聚酯(PET)中空纤维代替PAN纤维,采用同种方法制备出的PPy/CdS-E中空纤维的有效光催化剂含量为79.1wt%,3h对MB的去除率可达85.74%(剂量:5mg·10mL-1),并且平均H2生成速率达到329.6μmol·g-1·h-1,均高于以PAN为芯层纤维制备出的PPy/CdS中空纤维。这表明六氟异丙醇(HFIP)溶剂将PET中空纤维模板的去除较为彻底,提高了有效光催化剂含量,从而提高了PPy/CdS-E中空纤维的光催化降解和制氢性能。
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