半导体光催化剂ZnSCdS制备、表征和性能研究

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1、半导体光催化剂ZnS/CdS的制备、表征及性能的研究随着全球经济的发展和人口的膨胀，环境问题已成为当务之急，全球环境污染严重，人类家园已遭到极大破坏。在众多的污染源中，水污染又是相当严重的，尤其是工业废水和生活污水，给生态系统和人类社会造成直接或间接的影响。污水中含有很多有毒及难分解的有机污染物，如卤代有机化合物、偶氮类染料、各类表面活性剂、有机磷农药、酚类污染物等。如何对这些污染物进行安全有效的降解是解决水资源紧缺问题的关健。目前对水中有机污染物的处理技术主要有：生物技术、生化技术、化学氧化技术和催化氧化技术等。其中，生物技术虽为现行的主要处理技术，但对毒性高一些的人工合成

2、有机物无能为力；物化法和化学氧化法有去除率低、运转费用高、二次污染等缺陷。半导体光催化技术，又被称作“绿色技术”和“环境友好技术”，其所应用的纳米光催化剂粒子粒径小，比表面积大，光催化效率高，粒子产生的电子、空穴到达表面之前，大部分不会重新结合，也就是电子空穴能够到达表面的数量多，化学反应活性高，这种技术能将许多水中难生物降解的有机物彻底矿化，具有除净度高、无二次污染、分解速率快和易于操作等优点。自从自1972年日本的Fujishima和Honda[1]发现TiO2单晶电极分解水以来，光催化材料在环境领域的应用研究越来越受到重视，而且近年来发展迅速，因此这种光催化技术有望成为

3、新的高效节能的环境污染治理技术。1.1水中各类主要污染物的光催化处理1.1.1卤代有机化合物有机氯化物是水中最主要的一类污染物，毒性大，分布广，对有机氯化物的彻底治理是防治水污染领域的重要研究内容。这类物质包括卤代脂肪烃、卤代芳香烃、卤代脂肪酸等。这类物质在各国提出的优先控制的有害物质“黑名单”中占有相当大的比例，因而研究其催化分解条件、机理都有很大的现实意义。这类物质在光催化分解的过程中，一般是先羟基化，再卤化，逐步降解，直至矿化为CO2和H2O等简单的无机物。光催化过程处理有机氯化物方面显示出了较好的应用前景。1.1.2染料随着染料纺织工业的迅速发展，染料的品种和数量日益

4、增加，印染废水已成为水系环境的重点污染源之一。对于水体中染料的处理方法主要有吸附法、薄膜法、电解法等，近年来，光催化技术在染料的脱色、光解等方面的研究日益增多。赵玉光等将生物技术与光催化技术相结合，进行印染废水处理，处理后水质基本达到排放要求[2]。1.1.3表面活性剂表面活性剂在工业和生活中的广泛应用，使得水体污染日益严重。目前，去除水中表面活性剂的方法主要有泡沫分离法、絮凝分离法、吸附法等，但它们对低浓度表面活性剂废水的处理效果均不能令人满意。采用TiO2光催化分解表面活性剂已日益引起人们的关注，并且对一些表面活性剂的降解取得了较好的结果。该光催化氧化技术可能成为一种重要

5、的、简单有效的表面活性剂废水处理技术。1.1.4农药农药一般分为除草剂和杀虫剂，其危害范围较广，在大气、土壤和水体中停留时间长，故其分解去除备受人们关注。在农药降解方面国内外普遍采用生化处理法，但当废水中存在一些对微生物有毒的物质时，则会引起微生物污泥中毒，故在生化处理前，往往还需要用化学法进行预处理或将高浓度废水稀释。其他方法如湿式氧化法比较复杂，而且需要足够的处理规模；吸附法如采用活性炭，价格昂贵，再生费用高，且吸附后若不妥善处理会造成二次污染。近几年兴起的农药的光催化降解则是利用光激发催化剂TiO2产生的电子、空穴和强氧化性的氢氧自由基，将农药氧化降解为CO2、H2O和

6、PO4等无毒物质，没有二次污染。利用光催化去除农药的优点是它不会产生毒性更高的中间产物，这是其他方法所无法相比的。1.1.5含油废水随着石油工业的发展，每年有大量石油流入海洋，对水体及海岸环境造成严重污染。对于这种不溶于水且漂浮于水面上的油类及有机污染物的光催化处理，也是近年来的研究热点之一。1.2光催化基本原理光催化是指半导体材料在光照射下，通过把光能转化为化学能，促进有机物降解和金属离子还原等的过程。半导体粒子含有能带结构，通常情况下是由一个充满电子的低能价带和一个空的高能导带构成，它们之间由禁带分开。当用能量等于或大于禁带宽度的光照射半导体时，其价带上的电子被激发，越过

7、禁带进入导带，同时在价带上产生相应的空穴，即产生了电子—空穴对。电子具有还原性，空穴具有氧化性，空穴与氧化物半导体纳米粒子表面吸附的OH-或H2O反应生成氧化性很高的OH自由基，活泼的OH自由基可以把难降解的有机物氧化为CO2和水等无机物，从而达到降解有机污染物的目的。半导体的光催化活性主要取决于导带与价带的氧化—还原电位，价带的氧化—还原电位越正，导带的氧化—还原电位越负，则光生空穴和电子的氧化及还原能力就越强，从而使光催化降解有机物的效率大大提高。1.3硫化镉光催化剂的特点硫化镉是本征n型半导体，属