ZnIn2S4光催化剂的制备改性及其降解印染废水性能研究.pdf
摘要
全球纺织工业每年使用超过1万吨的合成染料，实际生产过程中，部分染料分子
未与织物紧密结合而被排放到湖泊、河流、溪流和池塘等水体环境中，对环境和人类
健康产生了严重的威胁。光催化技术能够利用太阳光，将复杂有机物分子彻底降解成
二氧化碳和水，是目前去除印染废水中有机染料的重要手段。然而，半导体光催化剂
普遍存在光生电荷复合速率快的问题，限制了其在高效降解有机染料领域的应用。因
此，对半导体材料进行修饰改性以提高其光催化反应活性对印染废水绿色处理领域具
有重要意义。
本论文针对三元金属硫化物ZnInS（ZIS）展开研究，通过调整微观结构、构建
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异质结的手段提高其光生载流子的分离与迁移效率，以实现高效降解有机染料的目的。
首先，通过水热法制备出了一系列不同形貌的ZIS光催化剂，通过对其能带结构和光
催化活性的表征，探究出在水热120℃，水热12h条件下，制备得到的ZIS具有较高
的光催化降解罗丹明B（RhB）活性，此时ZIS花簇大小为1µm，片层厚度为100
nm。
为了提高其载流子分离效率，本论文进一步通过一步水热法将二氧化钛（TiO）
2
纳米纤维膜和ZIS光催化剂复合构建“Z”型异质结光催化剂（TZIS）并探究其降解
有机染料的机理。利用SEM、TEM、XRD、XPS、BET等测试技术对催化材料结构
进行系统表征，对其降解性能进行综合评价，并探究了其高效降解有机染料的机理。
结果表明，“Z”型异质结结构的构建有效提高了复合催化剂的光生电荷分离效率和寿
命，同时复合催化剂具有高的比表面积，二者协同作用共同提高了TZIS的光催化降
解染料活性。光催化结果显示，在水热反应温度120℃、水热时间8h制备的TZIS-
20%复合光催化剂表现出了最优的光催化活性：在氙灯光源的照射下，催化剂投入量
10mg，复合催化剂对150mL100mg/L的罗丹明B（RhB）的30min降解率为92.62%，
降解速率（0.0708min-1）是TiO2（0.0018min-1）的39.33倍，是ZIS（0.0506min-1）
的1.39倍。此外，本论文通过控制实验、自由基淬灭实验及EPR测试对反应过程中
-+
的自由基种类进行探究，表明在·O和h在RhB的降解过程中起主要作用。实验通过
2
探讨了不同水源、pH值、有机污染物类型，循环降解实验，表明制备的TZIS光催化
剂具有广泛的应用场景和较好的循环稳定性能。
关键词：染料降解；ZnInS；TiO；光催化；“Z”型异质结
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II
目录
摘要II
ABSTRACTIII
插图清单VII
附表清单X
第一章绪论1
1.1引言1
1.2常见印染废水处理技术2
1.2.1物理处理技术2
1.2.2生物处理技术3
1.2.3化学处理技术4
1.3硫化铟锌材料的概述7
1.3.1硫化铟锌材料的特点及其改性方法7
1.3.2硫化铟锌材料在印染废水处理领域的应用13
1.4二氧化钛材料的概述13
1.4.1二氧化钛材料的特点及其改性方法14
1.4.2二氧化钛光催化印染废水处理领域的应用15
1.5本文的研究目的和主要内容15
1.5.1研究目的和意义15