多硫化銦基復合光催化材料的制備及應(yīng)用

黃明正 張華玉 蔡坤鴻

摘? 要：在該文的研究中，通過簡單的水熱法制備處理產(chǎn)生的多硫化銦納米顆粒粒徑相對較小，具有較大的比表面積。但是多硫化銦顆粒在水溶液中會產(chǎn)生聚集體，在反應(yīng)之后各顆粒之間無法達到完全分離，這樣就會影響回收利用。為了克服應(yīng)用方面的障礙，進一步提升多硫化銦的應(yīng)用效果，該文將多硫化銦粉末負載在適宜的載體上進行應(yīng)用探索。基于此，該文主要對多硫化銦基復合光催化材料的制備及應(yīng)用進行了簡單的分析研究。

關(guān)鍵詞：多硫化銦;復合光催化材料;制備

中圖分類號：TS71? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

多硫化銦是一種性能良好的功能材料，因其出色的光催化等性能，在太陽能電池、光導器件以及光催化領(lǐng)域中應(yīng)用較為廣泛。通過簡單的水熱法制備光催化材料的方式，可以有效避免固體顆粒在水溶液中聚集，促進材料的光吸收，可以有效增強整體的降解活性，且具有固定的作用，更便于硫化銦基納米材料的分離回收，提升了循環(huán)利用率。

1 實驗方法

在硅藻上負載多硫化銦納米顆粒，與植物纖維混合后可以形成光催化紙。通過該種方式進行實驗，了解分析多硫化銦基復合光催化材料的制備以及具體應(yīng)用。

1.1 漿料制備

首先將10%濃度的漿料均勻的涂在打漿室內(nèi)壁周圍，處理好之后通過PFI磨漿機進行處理，對處理后的漿料進行分析，直至打漿度數(shù)值為53.5°SR時停止。在完成后要甩干漿料并且根據(jù)操作標準將其置于冷藏室進行密封處理，以保證整體的水分均衡，然后根據(jù)操作要求進行質(zhì)量分數(shù)測量。

1.2 多硫化銦抄造流程

稱取濕漿2.0 g，其固體含量為21%，然后將其加入100 mL的去離子水中，通過攪拌器進行處理，疏解纖維3 min，保證其纏繞的聚集纖維充分地分散在水中。

然后，對將要添加的多硫化銦進行處理，復合物中多硫化銦/硅藻土的最佳質(zhì)量比為1∶7，然后稱取不同質(zhì)量的復合物在100 mL的去離子水中利用超聲進行均勻分散。形成的混合液在分散均勻后與紙漿纖維進行充分混合，通過攪拌器攪拌5 min之后，將分散處理好的漿液直接倒入直徑為9 cm的布氏漏斗中，對其進行低真空抽濾處理，將處理好的樣品放置在70 ℃的干燥箱中進行干燥處理，時間為12 h，這樣就能獲得一張直徑為9 cm的具有光催化功能的紙張作為實驗樣品。

2 表征與性能檢測

2.1 脫色能力測試

首先，將制備直徑為9 cm的光催化紙樣品裁剪為4個等分的紙片。將一份放在20 mL的甲基橙染料的燒杯中。其次，將燒杯放在30 W的紫外燈下，確保液面與光源之間的距離為15 cm。最后，光照開始后每間隔一定時間取一定量的溶液，通過分光光度計測量在465 nm處的吸光度。最后，通過公式計算分析光催化紙的脫色效率并進行分析。

2.2 循環(huán)利用性能研究

將首次用完的光催化紙重新烘干后放置在20 mL、濃度為20 mg/L的甲基橙溶液中，在紫外光的照射下進行光催化實驗，每間隔一段時間取溶液進行吸光度測量。利用公式分析回用效果，確定光催化的降解效果，以確定在光照下光催化紙對甲基橙的循環(huán)利用降解能力。

3 結(jié)果與分析

3.1 多硫化銦基光催化紙外觀分析

通過布氏漏斗進行過濾處理，獲得的紙張直徑為9 cm，是一種圓形的制片。而比例為1∶7的復合物，在編號1～4的光催化紙中的添加量分別為0.24 （0.03）g、0.4 （ 0.05）g、0.56 （ 0.07 ）g、0.72 （0.09） g。其中多硫化銦基光催化紙在編號5～8的光催化紙中的添加量為0.03 g、0.05 g、0.07 g、 0.09 g。通過分析可以發(fā)現(xiàn)，隨著復合物的添加量不斷增加，紙張的顏色也會逐漸加深，這就意味著光催化紙的表面暴露的劑量呈現(xiàn)增加的趨勢。

3.2 光降解能力測定

在測試脫色能力的時候?qū)?張等分的圓形紙片進行處理，將其中1份放置在20 mL的甲基橙溶液中對其光降解能力進行測量分析。

當復合物添加量分別為0.24 g、0.4 g、0.56 g、0.72 g的時候，在1～4號光催化紙中，利用30 W的紫外燈光對其進行照射，光催化降解效果顯著。獲得的光降解速率曲線大致重合。當光照時間為180 min時，其降解率并沒有明顯差異，推測主要是由于所負載的催化劑與絕干漿比值相對過大造成的。1號光催化紙中的復合物為57%， 2號光催化紙中的復合物為95%，3號光催化紙中的復合物為131%，4號光催化紙中的復合物為171%。由此可知，負載催化劑添加量會影響光催化紙的降解能力。

我們將單純的多硫化銦基光催化劑添加到5～8號光催化紙中，其添加量分別為0.03 g、0.05 g、0.07 g、0.09 g，質(zhì)量比例分別為7%、12%、17%、21%。5～8號光催化紙用紫外線燈照射180 min，其甲基橙的降解率分別為49.5%、18.3%、75.2%、70.2%。多硫化銦在0.07g的抄造七號紙中的光催化性能更為明顯。這意味著在合適的范圍內(nèi)，多硫化銦光催化劑的添加量會影響整體的光催化降解性能。

通過對2組實驗進行對比分析可以發(fā)現(xiàn)，在光催化紙的處理中，多硫化銦納米顆粒在表面或者在纖維中聚集，在干燥之后很容易降低固著力，導致脫落等問題出現(xiàn)。而通過過濾處理后，則會在遮擋以及不透光的條件下限制硫化銦對光的吸收，降低了光降解能力。對于含量相同的光催化紙中通過添加適量硅藻土使其更好的分散，有利于有機污染物的吸收與降解。

3.3 紫外-可見吸收光譜

通過對甲基橙溶液的吸光度進行測定，計算得到30 W紫外燈照射下的光催化紙在不同時間對甲基橙的降解率曲線，可以直觀的顯示光催化紙在0～80 min中的降解能力。

通過分析可以發(fā)現(xiàn)隨著紫外光照時間的延長，其中的甲基橙分子特征吸收峰逐漸降低，表明多硫化銦基光催化劑可以充分地降解有機污染。

3.4 重復利用性能

分析在復合溶液以及單純的多硫化銦溶液下催化紙的重復利用性能。第一次實驗后去除用完的紙片，利用去離子水對紙片進行輕微的沖洗處理，在真空干燥之后將其放在20 mL（濃度為20 mg/L ）的甲基橙溶液燒杯中，根據(jù)操作要求利用紫外燈管進行照射，每間隔30 min測定一次，分析其脫色程度?？梢园l(fā)現(xiàn)制備的紙片在光照作用之下催化效果顯著。

實驗發(fā)現(xiàn)不管利用何種方式進行處理，通過紫外光照的催化紙具有良好的光催化降解效果。經(jīng)過3次循環(huán)利用之后，2種方式所制備的紙張樣品對甲基橙的降解效果都很明顯。表明通過實驗制備的紙片可以多次循環(huán)利用。另外，在實驗中發(fā)現(xiàn)，紙張回收利用存在的主要問題是降解率的逐漸降低，主要原因是光催化紙回收利用中多硫化銦的流失造成的。但是，在2種紙張樣品的制備中多硫化銦占絕干漿的比例相同，這表明硅藻土有利于多硫化銦在紙張中的固著以及截留，且對多硫化銦的光催化效率無負面影響，所以硅藻土的添加可以提升紙張的整體回收率，有效降低光催化劑用量，效果顯著。

4 結(jié)語

該文分析了相同條件狀態(tài)下的多硫化銦納米顆粒在植物纖維表面的負載狀況，了解了在紫外光、可見光以及近紅外光照作用下對有機物的降解效率，可以確定光催化紙的性能參數(shù)。

參考文獻

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