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对氧化锌光催化活性的比较研究,SnO2 ZnO-SnO2复合材料

*通信:

巴桑特节Kumar Menariya,太平洋大学化学系pah社会,乌特迪尔,拉贾斯坦邦,印度,电话:9785980880;电子邮件: (电子邮件保护)

文摘

比较研究了氧化锌photocalytic活动,SnO2及其组合。一个简单的机械化学的方法用于制备复合材料。ZnO-SnO2复合材料的光催化效率与纯氧化锌和SnO2相比。不同的pH值等参数的影响,染料浓度,半导体数量和观察光强度。降解得到的最佳条件为:玫瑰红= 6.0×10 - 6 M, pH = 7.5,数量的复合= 0.08 = 60.0 mWcm-2 g和光线强度。发现耦合硫族化物ZnO-SnO2显示更好的光催化活性与氧化锌和SnO2退化的玫瑰红的可见光。

关键字

氧化锌;SnO₂;复合材料;光催化活性;玫瑰红

介绍

生活最重要的部分之一是干净的水和今天,整个世界正面临严重的水污染问题。染料废水的各种纺织和造纸工业的重要污染物之一。在这个快速工业化的时代,降解污染物的问题已经达到了惊人的情况从生态的角度。

有很多技术来消除这些水污染物。许多研究人员试图解决这个问题,方法如吸附到木炭,降水,空气剥离,絮凝,热脱水,等等,光催化剂可能在解决这个问题中发挥重要作用。不同的方法在此基础上证明自己的价值,因为这些是绿色和深情。

Ameta et al。1,2有极好地回顾了光催化领域。一些论文已经被用于不同染料的降解水溶液。光催化氧化降解的废水污染物TiO的水悬浮液₂观察了Das et al。3他们观察到某些有机分子(多核芳烃)TiO的吸附₂可以减少与水的伴随氧化。Mansilla和Villasnov4]研究了氧化锌催化光降解Kraft-black烈酒,从纸和纸浆工业排放。光催化降解TiO的紫红色染料₂/ UV水性悬浮液研究了Gupta et al。5]。

维迪雅et al。6合成纳米颗粒的氧化锌利用菠萝蜜叶提取物(面包果heterophyllus)。这些纳米粒子表现出优异的光降解效率(> 80%,0.24 g / L, 1 h)对玫瑰红染料、纺织工业的主要水污染物排放。玫瑰红退化并使用γ-Fe亚甲蓝染料₂O₃纳米粒子作为光催化剂是由Dutta et al。7]Ag-ZnO催化剂火焰喷雾热解法(FSP)是由高度等。8亚甲蓝作为模型系统评价的性能FSP-made Ag-ZnO。费萨尔et al。9]合成SnO₂掺杂氧化锌纳米结构的光催化剂。作为合成SnO₂掺杂氧化锌纳米结构已经使用了亚甲蓝在可见光下的光降解。保护好et al。10)开发的SnO₂量子点通过微波加热方法使用一种氨基酸,丝氨酸和伊红黄是退化的催化剂。光降解甲基橙的氧化锌/ SnO使用纳米尺度的耦合₂论文研究了坎昆et al。11]。

米塔尔et al。12]研究了光催化漂白的玫瑰红二氧化锰粉末。纳米半导体电影的SnO₂,TiO₂和SnO₂tio₂是由Vinodgopal et al。13NBB的)和用于光催化降解纺织偶氮染料。TiO₂资助建设曙红的光降解研究Zhang et al。14]的硫化锌已被用于二氧化碳的光致还原作用Kanemoto et al。15]Anpo et al。16]给出的证据的外在表面网站的参与增强发光的硫化锌催化活性的催化剂。Ameta et al。17三硫化二锑)用于萘酚绿b的光降解复合多晶氧化锌/ TiO₂系统及其光催化活性报道玛莎et al。(18]Kansal et al。19]研究了光催化降解甲基橙和若丹明6 g使用各种半导体如二氧化钛、氧化锌、氧化锡、锌硫化物和硫化镉。Azure B被Sharma保留退化等。20.使用NiS-ZnS复合摩尔比例1:5)。

实验的程序

制备复合材料

一个复合的氧化锌和SnO₂是由简单的固体机械化学的方法。复合(ZnO-SnO₂)是由混合等量的氧化锌和SnO₂(比例1:1),然后地面的帮助下杵和臼和用于玫瑰红的光催化降解。

表征复合

纯ZnO-SnO x射线的衍射图样₂复合所示图1。结晶复合粉末的平均粒度粉末的方程和计算发现97.25海里。

表面形貌和元素组成由扫描电子显微镜观察配备一个能源色散x射线分光光度计。ZnO-SnO的扫描电镜图像₂复合材料是图2。这表明粒子有粗糙表面不规则的大小。

EDX分析来分析混合ZnO-SnO的元素组成₂。是观察到的三个元素存在于纳米材料。、锌、锡和O (表1)。

表1:元素组成。

光催化降解

0.1017 g玫瑰红溶解在100.0毫升的双重蒸馏水准备1.0×10³M集中解决方案。它被用作股票解决方案,进一步稀释工作需要时的解决方案。观察玫瑰红溶液的吸光度与分光光度计(Systronic的帮助模型106)在λ_马克斯= 550海里。这是辐照200 W钨灯(移动电话,模型SM 201)反应的解决方案是暴露于可见光。光源和解决方案之间的滤水器是用来切断了热辐射。

等量的染料溶液在四个烧杯。

1。第一个玫瑰红染料溶液的烧杯放在黑暗中。

2。第二个烧杯的玫瑰红染料溶液被暴露在可见光。

3所示。的第三个烧杯玫瑰红染料溶液和0.10 g ZnO-SnO₂复合是放置在黑暗。

4所示。的第四个烧杯玫瑰红染料溶液和0.10 g ZnO-SnO₂复合暴露于可见光。

3小时后被分光光度计测量吸光度的解决方案。发现前三个烧杯溶液的吸光度几乎不变但第四烧杯溶液的吸光度下降相比,吸光度的初始值。从所有这些观察,很明显,所需的退化两种:光强度和半导体合成的。

玫瑰红染料的光催化降解进行了研究,在50毫升的0.08 g复合后染料溶液(6.0×10⁶在pH值为7.5米)。200 W钨灯是用于辐照(60.0 mW厘米²光强度)。一个玻璃容器用于辐照。201年日射表(Suryamapi玻璃纸)是用于测量光的强度。滤水器被用来降低热效应。染料溶液的pH值是使用数字酸度计测量。染料溶液的pH值调整增加以前标准化0.1 N硫酸和0.1 N的氢氧化钠溶液。紫外可见光谱仪(Systronic模型106)是用来测量染料溶液的吸光度(A)以固定时间间隔。受控的实验也进行了确认,由ZnO-SnO玫瑰红的退化₂在光催化性质。一条线性的情节1 +日志和时间显示,玫瑰红降解遵循准一阶动力学。
使用下列公式计算速率常数。

k = 2.303×斜率(1)

结果与讨论

pH值的影响

溶液的pH值总是会影响任何染料溶液的降解,因此(表2),玫瑰红染料溶液的pH值是不同的,光催化降解的速度是衡量的pH值范围6.0 - -10.0,随着退化被发现合理快速的在这个范围内。结果报道在pH值影响表3。发现光催化降解的速率增加,pH值增加到一定的pH值,速率常数是发现最佳pH值7.5;在pH值增加,反应速率逐渐降低。增加光催化活性与pH值的增加可能是由于额外的•OH自由基的形成,而产生的互动哦⁻和孔(h⁺)的复合半导体。负责这些•哦自由基氧化降解的染料。率降低后一定酸碱因为更多的羟基离子可在较高,这些将被吸附在半导体的表面,这使得它带负电的方法阴离子形式的玫瑰红半导体表面将会减缓由于排斥,导致减少的速度下降。

表2:一个典型的运行。

表3:pH值的影响。

染料浓度的影响

不同浓度。,0.2 - -1.4×10⁵M的玫瑰红染料被用来研究光催化降解率的影响。结果列表表4。是确定的光催化降解率随染料浓度的增加。其背后的原因,随着染料浓度的增加用于激励和更多的染料分子能源传输,因此,光催化降解的速率急剧上升的玫瑰红染料被观察到。光催化降解率降低染料的浓度增加。速率常数被发现最佳的6.0 x 10⁶玫瑰红的M。这可能是由于这一事实后,某些染料浓度、染料本身开始作为一个过滤器的入射光,它将不允许光强度达到半导体粒子;因此,降低染料的光催化降解率。

表4:染料浓度的影响。

量的影响半导体(ZnO-SnO₂)复合

的数量半导体也是影响玫瑰红染料的光催化降解速率,因此;不同的数量即。,0.02- - - - - -0.14 g of semiconducting composite were used. The results are tabulated in表5。本研究表明,玫瑰红的光催化降解率增加而增加的复合,但最后,这几乎成为常数一定量后即。,为ZnO-SnO 0.08 g₂合成的。可能的原因可能是随着复合的数量的增加,接触面积也增加了。因此,染料的光催化降解率增加,但修复限制后,如果的数量半导体更增加了,然后没有复合的接触表面积增加。它可以被认为是像一个饱和;进一步增加的数量半导体无关紧要的或没有影响玫瑰红染料的光催化降解率,增加的数量吗半导体这个饱和点后只会增加薄膜的厚度最低的反应容器。这证实了血管大小不同的反应。的饱和点转向更高的范围更大的船只,而反向是真的小血管。

表5:光催化剂的影响。

光强度的影响

光强度不一的影响观察光强的光催化降解染料。结果列表表6。数据显示,光强度的增加会增加反应速率和最佳值为60.0 mWcm被发现²。这可能是由于随着光强增加,光子的数量惊人的单位面积也增加,导致更高的降解率。光强度进一步增加超出了最佳限制导致反应速率下降。可能它可能是由于热副反应。

表6:光强度的影响。

机制

所有这些观察的基础上,初步机制退化玫瑰红(染料)提出如下:

玫瑰红适当吸收辐射的波长和激发单重态的转换。然后进行系统交叉(ISC)给染料三重态的。此外,半导体复合ZnO-SnO₂还利用这一事件可见光能源激发电子从价带、导带;因此,只留下一个洞。这个洞可以抽象的一个电子从哦^{- - - - - -}离子生成•OH自由基。这些•哦激进分子将氧化染料隐色形式,这可能最终降解有毒收益率更少。羟基自由基的参与作为一个活跃的氧化物种证实了使用氢氧自由基拾荒者(异丙醇),完全降解的速度是降低。

结论

比较研究进行了纯氧化锌和催化活性的SnO之间₂和他们的组合。玫瑰红染料被用作模型系统比较他们的光催化性能。光催化降解的速率常数使用氧化锌玫瑰红,SnO₂和ZnO-SnO₂1.41×10⁴证券交易委员会¹,1.32×10⁴证券交易委员会¹和2.17×10⁴证券交易委员会¹,分别。这些结果清楚地表明,复合ZnO-SnO₂显示个人氧化锌和SnO相比更好的活动₂。现在工作的观察将探索复合材料的使用提高光催化剂的光催化性能。

引用

1. Jain NK Sahasi年代,尹浩然,驿站。异构和均匀的光催化作用。第一部分:Inorganicsubstrates。亚洲JChem启1991;2:90-9。
2. 阿里•Z Ameta R, Vardia J, et al.Photocatalysis:光化学的前沿。印度化学Soc J。1991; 78:281-7。
3. Das, mun M, Das库尔德斯坦地区政府。Photocatalyticdegradation废水的污染物。Titanium-dioxide-mediated多核芳烃氧化。J PhotochemPhotobiol答:化学1994;77:83-8。
4. Mansilla高清,约翰J,正在Maturana G。锌O- - - - - -catalysedphotodegradationof Kraft black liquor. J PhotochemPhotobiol A: Chem. 1994;78:267-73.
5. Gupta VK, Jain R,米塔尔,et al . TiO Photo-catalytic降解有毒染料苋菜₂/ UV水悬浮液。板牙Sci Eng。2012; 32:12-7。
6. 维迪雅C, Chandraprabha MN,安东尼Raj MLA。绿色的合成氧化锌纳米颗粒的玫瑰红染料的光催化降解。Env Nano监控管理。2015;6:134-8。
7. Dutta K, SK中,Adhikary bγ-Fe2O3纳米粒子:一个容易可恢复的有效光催化剂降解玫瑰红和亚甲蓝染料污水处理厂。板牙Res公牛。49岁28-34 (2014)。
8. 高度MJ, Pratsinis SE、MekasuwandumrongO et al . Ag-ZnOcatalysts UV-photodegradation亚甲蓝。ApplCatal B:环绕。2006;63:305-12。
9. Faisala M, Ibrahima AA, Harraza FA, et al . SnO₂掺杂ZnOnanostructures高效光催化剂。J MolCatal答:化学2015;397:19-25。
10. 保护好,Ahmaruzzaman m .灵巧的SnO的综合₂量子点及其光催化活性在曙红Y的降解染料:绿色的方法。J胶体Interf Sci . 2015; 448:130-9。
11. 坎昆W, Xinming W, Bo-Qing X, et al .氧化锌/ SnO增强光催化性能的纳米尺度的耦合₂催化剂对甲基橙降解。JPhotochemPhotobiol答:化学2004;168:47-52。
12. 米塔尔N,沙,旁遮普的铅、et al .光降解的玫瑰红使用汇总(二氧化锰)。Rasayan J化学2009;2:516-20。
13. 令Kamat Vinodgopal K, Bedja我,PV。纳米半导体光催化的电影。Photoelectrochemicalbehavior的SnO₂/ TiO₂复合系统及其在纺织品偶氮染料的光催化降解作用。化学板牙。1996;8:2180-7。
14. 张F,赵J, Hidaka H, et al . TiO₂资助建设的光降解染料污染物二世。吸附和降解动力学TiO的曙红₂可见光照射下分散。ApplCatal B:环绕。1998;15:147-56。
15. 郎森阳Shiragoni J, Pac C, et al。有效的光致还原作用的二氧化碳催化硫化锌量子微晶低表面缺陷密度。J理论物理化学1992;96:3521-6。
16. Anpo M, Malsumoto,形成年代。直接证据的外在表面网站的参与增强发光硫化锌催化活性的催化剂。J化学Soc。ChemCommun。1038 - 9。
17. Ameta R,旁遮普PB, Ameta SC.Photodegradation萘酚绿B在半导体三硫化锑的存在。J塞族化学Soc。2011; 76:1049-55。
18. 玛莎G, Augugliaro V, Lopez-Munoz MJ,等。多晶的制备表征及光催化活性氧化锌/ TiO₂系统。J PhysChem B.2001; 105:1026-32。
19. Kansal SK,辛格M, Sud d .光降解研究的两个商业染料使用不同的催化剂在水相。J风险板牙。2007;141:581 - 90。
20. Sharma V,甘地N, Khant, et al。增强光降解azure b的共沉淀NiS-ZnS (1:5)。Int J化学科学。2010;8:1965 - 72。