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《中国海洋大学》 2004年
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反相微乳液法制备壳聚糖-CdS复合纳米粒子及其在光催化中的应用研究

侯进  
【摘要】:CdS作为半导体材料极易形成尺寸可调的纳米晶,但由于其稳定性差,直接利用尚有困难,如果将纳米晶均匀分散在某种基体中,如:高分子化合物等,形成有机/无机异质结构;不但可以长期稳定地利用它的优异特性,而且可以利用纳米材料与基体的相互作用产生新的效应。此外,有机物的存在还可以有效地抑制无机颗粒聚集,保持无机颗粒特有的纳米特性。 CdS可用作光催化剂,进行废水处理。如果对其进行功能性修饰,在其外修饰一层有机化合物使其成为功能性CdS,则在废水处理中比普通CdS更具有优越性。壳聚糖具有资源丰富、生物相容性好、可生物降解、无毒等优点,是天然多糖中的唯一碱性多糖,也是人体必需的六大生命要素之一;壳聚糖在水溶液中是一种聚阳离子,对金属离子有良好的配位络合能力,这使得其能够作为良好的基质材料来定位及控制无机纳米颗粒的生长,阻止团聚。同时壳聚糖的存在,增强了有机污染物为CdS光催化降解,提高光催化效果。 1.以壳聚糖、氯化镉(CdCl_2·2.5H_2O)和硫脲((NH_2)_2CS)为原料,通过反相微乳液法制备出了CdS为分散相、壳聚糖为基体的壳聚糖-CdS复合纳米粒子,并对其进行了表征。 1) 透射电镜结果表明:在壳聚糖-CdS复合纳米粒子中,CdS纳米晶均匀分散在壳聚糖基体中,壳聚糖的存在有效地抑制了CdS晶粒的聚集;CdS纳米晶的粒径在3~20nm之间。 2) XRD测试结果表明:当CdCl_2和(NH_2)_2CS壳聚糖盐酸盐溶液的浓度均为0.10mol/L时,制备出了同时含有α-CdS和β-CdS纳米混晶的壳聚糖-CdS复合纳米粒子;当CdCl_2和(NH_2)_2CS壳聚糖盐酸盐溶液的浓度均为0.20mol/L或0.30mol/L,且陈化温度为40℃时,可制备出只含有α-CdS晶型的壳聚糖-CdS复合纳米粒子。说明增加溶液浓度和提高陈化温度都有利于壳聚糖-CdS复合纳米粒子中α-CdS晶型的生成。 3) 荧光光谱分析结果表明:当陈化温度较低,即在30℃时,荧光峰出现了蓝移现象,说明晶粒尺寸发生细化。 2.对壳聚糖-CdS复合纳米粒子光催化降解甲基橙、茜素红和久效磷进行了应用研究。 1) 通过对甲基橙的光催化降解研究表明:在最佳条件(如:选择样品2、复合纳米粒子用量为0.30g、pH=6)下,对于100mL浓度为20mg/L的甲基橙溶液,在2min时甲基橙降解效率已达90.9%,40min时甲基橙降解效率达到94.2%;壳聚糖对甲基橙有一定程度的吸附作用,但甲基橙的脱色主要是复合纳米粒子对它的降解作用,甲基橙降解过程中在最大吸收 中国海洋大学硕士学位论文 波长464lun处的吸收峰迅速减弱,并最终消失;甲基橙降解过程中在258lun和320lun处出 现了新的吸收峰,说明甲基橙发生了降解;光催化降解的pH条件在6一8之间均适合;当 cdcl:和伽HZ)Zcs壳聚糖盐酸盐溶液的浓度均为o.10mol几时,制备的壳聚糖一Cds复合纳米 粒子对甲基橙光催化降解速率最快:在陈化温度为30℃和40℃时制备的产品对光催化降解甲 基橙的影响基本一致;通过壳聚糖一Cds复合纳米粒子和普通CdS的对比,表明复合纳米粒子 对甲基橙的光催化降解速度明显快于普通CdS。 2)通过对茜素红的光催化降解研究表明:在最佳条件(如:选择样品21、复合纳米粒 子用量为0.039、pH=6)下,对于loomL浓度为ZOm叭的茜素红溶液,在Zmin时茜素红降 解效率已达95.7%,30min时茜素红降解效率达到99.0%:壳聚糖对茜素红有一定的吸附作 用,但茜素红的脱色主要是复合纳米粒子对它的降解作用:茜素红降解过程中在最大吸收波 长26Inm处的吸收峰迅速减弱,并最终消失;茜素红降解过程中在223lun和228run处出现 了新的吸收峰,说明茜素红发生了降解;光催化降解的pH条件在约6时较适合;当cdC12 和(N HZ)Zcs壳聚糖盐酸盐溶液的浓度均为0.2omo比时,制备的壳聚糖一CdS复合纳米粒子对 茜素红光催化降解速率最快;陈化温度在30℃时制备的产品在10min前对茜素红光催化降解 速率较慢,但10min后降解速率明显加快;通过壳聚糖一CdS复合纳米粒子和普通CdS的对比, 表明壳聚糖一CdS复合纳米粒子对茜素红的光催化降解能力明显优越于普通CdS。 3)通过对久效磷的光催化降解研究表明:在最佳条件(如:选择样品1、复合纳米粒子 用量为0039、pH=6)下,对于100mL体积百分数为0.01%的久效磷溶液,在10min和30min 时久效磷降解效率分别达到40.0%和40.2%;壳聚糖对久效磷有一定的吸附作用;光催化降 解的最佳pH条件为6左右。当CdCI:和伽H功CS壳聚糖盐酸盐溶液的浓度均为0.1 omol/L时, 制备的壳聚糖一CdS复合纳米粒子对久效磷光催化降解速率最快:在陈化温度为30℃时制备的 产品对光催化降解久效磷的效果较好:通过壳聚糖一CdS复合纳米粒子和普通Cds的对比,表 明复合材料对久效磷的光催化降解能力明显优越于普通Cds。甲基橙和茜素红在溶液中带负 电荷,易为壳聚糖吸附,因此光催化降解效果比久效磷显著;同时由于壳聚糖含有自由氨基, 在酸性条件下带正电荷,对带负电荷的有机离子有静电吸附作用,促进了CdS对其光催化降 解作用。 4)初步提出了壳聚糖一CdS复合纳米粒子光催化降解机理。吸附作用是光催化降解作用 的前置步骤:由于壳聚糖分子含有自由氨基带正电荷,易于静电吸附
【学位授予单位】:中国海洋大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:O643.3

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