研究和评论:材料科学杂雷竞技苹果下载志》上
菜单ISSN: 2321 - 6212
ISSN: 2321 - 6212
研究中心半导体技术精力充沛(CRTSE) 2, Bd。弗朗茨·法农,距今140年Alger-7 Merveilles,阿尔及尔,阿尔及利亚
收到的日期:20/10/2017;接受日期:13/03/2018;发布日期:20/03/2018
DOI: 10.4172 / 2321 - 6214.1000214
访问更多的相关文章rayapp0
在当下我们调查了光降解柠檬黄的硅纳米线(SiNWs)没有过氧化氢的存在。SiNWs阐述了用一个简单的化学方法称为metal-assisted化学蚀刻。SiNWs也修改了铜作为催化剂的降解柠檬黄和检测铜浓度的影响。结果表明,硅纳米线修改与高浓度的铜表现出最好的光催化活性和降解速率符合一级动力学。
硅纳米线、铜纳米粒子、光催化、柠檬黄、SEM、紫外可见光谱
大约50%的染料多样性是由偶氮染料,由于其广泛的应用和持久性他们成为一个明确的环保隐患1]。水是一个重要的自然资源人类和所有生命形式(2,3]。使用染料在纺织、医药、化妆品和食品行业导致了污染与不同浓度的废水。因此,废水已成为必不可少的重用。广泛的方法来合成染料的去除废水,包括物理吸附、电化学氧化、化学氧化了。这些方法不是破坏性的,他们只是将污染物从一个阶段到另一个地方。因此,迫切需要发展创新,更有效和廉价的技术处理废水的4]。多相光催化氧化、高级氧化过程(aop)之一,近年来引起了人们广泛的关注,并被证明是一种很有前途的技术修复有机污染物的环境条件(5- - - - - -12]。光催化氧化,在半导体材料,有机化合物的环境问题是广泛的研究在过去的20年里,这是证明了多相光催化可以替代传统的方法从水和有机污染物的去除废水(13]。这个过程是基于直接或间接由固体吸收,通常是一个半导体、可见光或紫外光的光子。当这个半导体照明,它可以产生电子空穴对通过促进一个电子从价带导带,从而留下一个洞在这个乐队。这些漏洞可以与H反应2O或羟基的反应介质和生产高活性氢氧自由基物种。另一方面,电子的传导带,可以减少氧气分子形成过氧化氢或过氧化阴离子有机过氧化氢在有机化合物的存在14]。激进的氢氧根是强氧化剂,可以降解有机化合物或其公司等中介机构达到最终产品2H2O。
染料“柠檬黄”尝试在这个工作中,是一种酸性与磺酸基偶氮染料作为一个高度水溶性和极地助色团。广泛应用于化妆品、药品、电镀、制药和纺织工业以及食品着色剂(15,16]。柠檬黄似乎引起最过敏和偏狭的反应,尤其是哮喘病人,偏头痛,湿疹,甲状腺癌,红斑狼疮15]。
染料具有以下结构(图1)。
图1:酒石黄染料的化学结构。
一些作品被发表在文献关于柠檬黄使用SiNWS作为光催化剂光降解。在目前的工作中,我们专注于柠檬黄光降解的动力学在使用未经Cu-modified SiNWs由Ag-assisted化学蚀刻法作为催化剂。
材料
酒石黄粉与高纯度(≥95%)使用前未经纯化购买的年代。一个颜色。硅从Siltronix获得用于复杂的催化剂。在这项研究中使用的所有化学物质如铜(99.99%)、氢氟化(50%)、过氧化氧(30%)、硝酸盐的银(99.8%)、丙酮(98%)、乙醇(99.8%)、硫酸(95 - 97%)和硝酸从Sigma-Aldrich获得的(69%)。
硅纳米线的细化和修改
硅纳米线是由化学蚀刻的p型与电阻率7.7 - -8.66 Ohm.cm Si (100)。样品的硅晶片被切10 x 10毫米2大小。样品的清洗和精化的硅纳米线是根据我们的以前的报告(报告的过程17]。H-terminated SiNWs得到准备SiNWs沉浸到高频的解决方案5分钟。之后,样本沉浸在室温下2分钟到两个两个不同铜浓度的水溶液:
0.14 CuSO4/ 1.35高频(铜)
0.02 CuSO4/ 1.35高频(Cu1)
然后,Cu-modified SiNWs用水冲洗和干燥下温柔的氮。这两个解决方案之间的差异在于铜的数量将会放置在SiNWs。
光催化实验的程序
光催化在这个应用程序中,我们使用硅纳米线样品未经改装的铜纳米颗粒表面约1.5 cm x 0.7 cm的催化剂。光催化剂是沉浸在一个石英试管包含4毫升溶液初始浓度的柠檬黄C0= 1.035 x 105mol / l。解决方案与紫外线辐射(λ= 365海里)在室温下200分钟。柠檬黄退化的进程被紫外可见监控每20分钟光谱学。
描述
硅纳米线的形貌未经改装的铜纳米颗粒是由扫描电子显微镜(SEM)研究飞利浦(XL30)。柠檬黄的解决方案在石英比色皿的吸收光谱的光路10毫米记录使用卡里500紫外可见分光光度计的“瓦里安”。200 - 600 nm波长范围。
形态学研究
硅纳米线的形态:图2一个描述了硅纳米线均匀形成和垂直对齐的表面形成纳米线之间的界面层和完全清楚底物在横截面扫描电镜可以观察到视图(图2 b)。纳米线的长度大约是13μm及其直径范围从20纳米到100纳米。同时,图2 b表明纳米线提示粘在一起形成包由于范德瓦耳斯力18]。
图2:计划(a)和横向(b)视图的SEM图像修改的SiNWs由蚀刻在9.65 HF - 0.033硝酸银50°C 10分钟。
改性的硅和铜纳米线纳米粒子是由水的化学沉积(EMD)过程高频包含硫酸铜的解决方案。化学镀铜的沉积发生根据下面的阴极反应(19]:
铜2 +→铜+ 2 h+(我)
图3 a和b描述了典型的横截面扫描电镜的图像Cu-modified SiNWs 0.14 CuSO的解决方案4在室温下-1.35高频为2分钟。可以看出,CuNP放置在纳米线墙达到8μm的深度。他们是球形的直径范围内46 - 110 nm。
图3:剖视图的SEM图像SiNWs改性铜纳米粒子在溶液中0.14 CuSO4室温- 1.35高频2分钟(a)和高倍镜(b)。
当,沉积低浓度的铜溶液(0.02米),一个非常低的CuNP沉积到SiNWs可以显示在该计划的扫描电镜图像图4。
图4:平面的扫描电镜图像SiNWs改性铜纳米粒子在溶液中0.02 CuSO4 - 0.02高频在室温下为2分钟。
光降解的柠檬黄
柠檬黄的吸收光谱显示两个主要乐队,一个在257海里,另一个在428海里(图5)。乐队在257 nm特征芳香环和428海里可以分配给n-π* N = N的过渡,C = N和C = O组,负责染料的颜色(20.]。图5显示,当我们没有SiNWs用作催化剂,吸收带减少紫外线照射时间时略微增加。这意味着柠檬黄是非常稳定的催化剂在紫外光照射下没有。
图5:紫外可见吸收光谱的柠檬黄紫外线照射后没有紫外线辐照前后的光催化剂。
图6显示了柠檬黄的光催化降解率(A / A0没有修改的SiNWs面前,其中一个是经过辐照和浓度0是柠檬黄的初始浓度。略有改善时可以指出光催化活性氢终止硅纳米线H-SiNWs和氧化硅纳米线Ox-SiNWs用作催化剂。事实上,得到了27.4%和17.7%的退化辐照后200分钟H-SiNWs和Ox-SiNWs分别。
图6:柠檬黄的浓度的变化与时间的光解过程使用:(a)和(b) Ox-SiNWs, (c) HSiNWs, (d) SiNWs修改和低浓度的铜(e)与高浓度的铜SiNWs修改。
的高催化活性H-SiNWs比Ox-SiNWs可以归因于电子赤字Si-Hx终止H原子的表面,可以作为电子陷阱和可以加速电子空穴对(e - H+)分离;从而增加光催化活性的样品(21]。同时,邵等显示通过XPS H-SiNWs部分终止与氟离子,它可以帮助维持一个很好的光催化活性比Ox-SiNWs [22]。也得到类似的结果Megouda et al, Brahiti等光降解罗丹明B和亚甲蓝,分别为(23,24]。
铜浓度的影响
图7表明,效率提高,成为更重要当SiNWs富含铜使用解决方案(Cu1)。的降解率34.23%紫外线照射后获得200分钟。然而,当铜的密度NPs SiNWs显著增加,观察感光的大幅增加。事实上,tratrazine退化的程度使用解决方案(铜)沉积200分钟后约为67.45%。
图7:紫外可见吸收光谱的柠檬黄紫外线辐照前后的SiNWs修改(a)高浓度的铜和(b)低浓度的铜。
样品的光催化活性最高的修改与CuNPs可以归因于CuNPs促进电子空穴分离的能力和促进电子转移过程的催化光降解反应。这是由于更高的功函数(4.7 eV) (25]。此外,它可以归因于由建议的铜纳米粒子的氧化等人解释增强铜纳米粒子的光催化效率观察氧化后的17]。因为,众所周知,铜氧化物阶段促进羟基自由基的生产哦•,对有机污染物(强氧化剂17,26]。
光催化降解动力学
许多染料的光催化降解实验表明,降解速率遵循法律的朗谬尔欣谢尔伍德低染料初始浓度(C0< 103)[27,28]。在这种情况下,光降解过程遵循pseudofirst -阶动力学根据以下方程:
(2)
:
接待员:视速度的反应
θ:表面覆盖的染料(污染物)
凯西:反应速率常数
凯西:染料吸收常数
C0:染料初始浓度(污染物)
集成的方程(I)将导致以下关系:
(3)
与Kappat是表观反应速率常数曲线的斜率是哪一个
和t。
K的值appat获得了不同催化剂中列出表1。
表1:符合一级明显常量值不同的催化剂。
| 催化剂 | k(分钟1.103) | R2 |
|---|---|---|
| 光解 | 0.19±0.03 | 0.85 |
| Ox-SiNWs | 0.89±0.05 | 0.97 |
| H-SiNWs | 1.37±0.07 | 0.97 |
| SiNWs / CuNPs (Cu1) | 2.29±0.07 | 0.99 |
| SiNWs / CuNPs(铜) | 6.76±0.44 | 0.96 |
R2:相关系数
的表1表明光解速率常数与光催化的Ox-SiNWs非常低;这表明反应过程太慢,而略微增强反应的过程是指出当H-SiNWs SiNWs修改铜纳米粒子与解决方案(Cu1)用作催化剂。SiNWs修改由高浓度的铜使用解决方案(铜)提供快速反应过程中表示表1。
催化剂可重用性
可重用性的催化剂是光催化剂的重要表现之一,因为缓慢的染料废水的处理成本是必要的。评估光催化剂的稳定性,SiNWs修改高铜浓度的解决方案(铜)被用于一些光催化过程。的结果图8表明SiNWs的活动(铜)略有下降,第二运行tratrazine退化后达到53.43%(测试2)。然而,存储在空气中三个月后,我们发现,活动增加甚至高于第一次运行。tratrazine降解率为76.69%完成紫外辐照后200分钟(实验3)。这可能是由于完整的铜纳米颗粒表面的氧化在露天造成错和铜的形成2正如已经提到的。这可以促进生产的羟基自由基哦*增加退化的柠檬黄。
图8:颞柠檬黄的光催化降解过程中使用铜改性硅纳米线(铜)作为光催化剂好几次。
研究了光降解的染料的去除柠檬黄使用硅纳米线未经改装的铜纳米颗粒具有不同的浓度。我们的研究结果强调在降解过程中铜纳米颗粒的作用。事实上,我们发现SiNWs修改与高浓度的铜柠檬黄退化表现出良好的催化活性。降解率达到67.45%的紫外线照射后200分钟。与高浓度的铜催化剂Cu-SiNWs露天存储时表现出更好的降解柠檬黄由于措的形成促进羟基自由基的生产哦。此外,结果表明,柠檬黄降解动力学遵循准一阶动力学。
作者欣然承认金融支持科学研究和技术发展的大方向阿尔及利亚(DGRSDT / MESRS)。
