梁小红等：纤锌矿旷ZS在油-水界面处的室温制备及光催化性能 ·1489· 橙溶液中加入硫化锌，达到吸附平衡后经254m紫外 至20min后紫外吸收峰强度的降低都较少，反应 灯照射，每隔一段时间测量甲基橙水溶液的紫外一可 30min后的吸收曲线与反应20min的吸收曲线几乎重 见吸收谱，取系列反应时间后甲基橙最大吸收波长 叠，说明甲基橙不再降解.根据图5(a)可绘制降解率 462nm处吸光度值，根据Lambert-一Beer定律A=scl 随反应时间变化的曲线，如图5(b)曲线1所示.开始 (其中，A表示吸光度值；c表示样品浓度，molL';l表 反应5min后，甲基橙的降解率迅速达到53%，然而随 示光程，cm;e表示吸光系数，L·mol1·cm),求得不 着时间的延长，降解率无明显提高，直至反应30min甲 同降解时间甲基橙溶液的浓度.以C和C分别表示样 基橙降解率略微提升到55%. 品的初始浓度和降解后的浓度，则降解率表达式为 作为空白对比实验，在相同实验条件下，笔者测试 1-C/C。,根据降解率研究产物硫化锌光催化降解有 了没有硫化锌存在时，紫外光照射对甲基橙的室温降 机污染物的能力. 解能力.经紫外光照射不同时间后，测量甲基橙溶液 实验分别记录照射时间为0、5、10、15、20和30min 的紫外一可见吸收谱，并绘制降解率随反应时间变化 后的甲基橙溶液紫外吸收谱，结果呈现在图5(a)中. 的曲线，结果如图5(b)曲线2所示，有机物几乎没有 从图5(a)的曲线可以看出，在开始反应5min后甲基 被降解.说明在没有硫化锌存在的条件下，只有 橙溶液的紫外吸收峰强度迅速降低，从反应10min直 254nm的紫外线照射，甲基橙并不能被降解. 0.6 30 min 一20min 15 min 10 min 0.4 2mmol·L4,5d 5 min 空白 0 min 0.2 300 400 500 600 10 20 30 波长/mm 时间/min 图5硫化锌光催化降解甲基橙紫外吸收谱(a)及降解率曲线对比(b).硫化锌制备条件是锌离子浓度为2mm©lL',生长时间为5d Fig.5 (a)UVvis absorption spectra of methyl orange aqueous solutions in the presence of ZnS and (b)degradation rates of methyl orange at differ- ent intervals with and without catalyst.The catalyst ZnS is prepared with 2mmolLZn2for a reaction time of 5d 为了分析不同实验条件对硫化锌产物光催化降解 图1(b)和(C)所对应产物团簇密度较大，团簇密度越 能力的影响，笔者将本研究中其他条件下制备的产物 大使硫化锌与甲基橙的接触面积越大，有效吸附和催 均进行了上述室温光催化降解甲基橙实验，并绘制了 化面积越大，越有利于对有机质的降解。最终降解率 降解率随反应时间变化的曲线（图6）.从图6可以看 曲线显示，图1(b)和(c)所对应产物对甲基橙的降解 出，系列产物均是前5min对甲基橙的降解率较高，后 率相近，且大于图1(a)所对应产物对甲基橙的降解 续随照射时间的延长降解率提高不多.相比较而言， 率.当反应物锌离子浓度为2 mmol+L',生长时间为 锌离子浓度为1 mmol L,生长时间为20d的产物对 20d时，产物生成较致密的膜（图1(d)),团簇状的特 甲基橙的降解率达到50%，与锌离子浓度为2mmol· 征结构不明显，硫化锌与甲基橙的接触面积减小，最终 L,生长时间为5d的产物对甲基橙的降解率相近. 对甲基橙的降解率也下降.上述系列光催化降解实验 锌离子浓度为1 mmolL,生长时间为5d的产物对甲 说明所制备得到的硫化锌纳米晶膜的确能在紫外光辅 基橙的降解率在照射5mi时只有34%，时间延长至 助下实现对有机质的降解，但降解率受产物形貌影响 30min后，降解率达到43%.对甲基橙的降解率最低 较大. 的是锌离子浓度为2mmol·Ll,生长时间为20d的产 本研究中制备的产物对甲基橙的降解速度较快， 物，降解率在照射5min时只有22%，时间延长至 说明实验制备的硫化锌纳米颗粒经紫外照射后能产生 30min后，降解率也只达到29%.结合产物形貌、结构 氧化还原电势较高的光生电子和空穴，使其分解有机 表征结果与半导体光催化原理，笔者分析，所有产物均 物的速度增快.但总体来讲，产物降解率并不高，根据 为纤锌矿结构，构成产物的颗粒粒径并无明显差别，产 半导体材料光催化降解有机质的机理，笔者分析主要 物降解率的不同，主要原因是不同产物与有机质接触 原因是纳米颗粒组装在衬底上导致硫化锌与有机物接 的面积有差异.从产物扫描电镜照片（图1）可以看 触面积减小，催化剂有效使用面积降低.但是，本研究 出，图1(a)~(c)所对应产物表面均为团簇状，但 中硫化锌被组装在柔性聚合物衬底上，由于聚合物梁小红等: 纤锌矿 ZnS 在油--水界面处的室温制备及光催化性能 橙溶液中加入硫化锌，达到吸附平衡后经 254 nm 紫外 灯照射，每隔一段时间测量甲基橙水溶液的紫外--可 见吸收谱，取系列反应时间后甲基橙最大吸收波长 462 nm 处吸光 度 值，根 据 Lambert--Beer 定 律 A = εcl ( 其中，A 表示吸光度值; c 表示样品浓度，mol·L － 1 ; l 表 示光程，cm; ε 表示吸光系数，L·mol － 1·cm － 1 ) ，求得不 同降解时间甲基橙溶液的浓度． 以 C0和 C 分别表示样 品的初始浓度和降解后的浓度，则降解率表达式为 1 － C/C0，根据降解率研究产物硫化锌光催化降解有 机污染物的能力． 实验分别记录照射时间为 0、5、10、15、20 和30 min 后的甲基橙溶液紫外吸收谱，结果呈现在图 5( a) 中． 从图 5( a) 的曲线可以看出，在开始反应 5 min 后甲基 橙溶液的紫外吸收峰强度迅速降低，从反应10 min直 至 20 min 后 紫 外 吸 收 峰 强 度 的 降 低 都 较 少，反 应 30 min后的吸收曲线与反应 20 min 的吸收曲线几乎重 叠，说明甲基橙不再降解． 根据图 5( a) 可绘制降解率 随反应时间变化的曲线，如图 5( b) 曲线 1 所示． 开始 反应 5 min 后，甲基橙的降解率迅速达到 53% ，然而随 着时间的延长，降解率无明显提高，直至反应 30 min 甲 基橙降解率略微提升到 55% ． 作为空白对比实验，在相同实验条件下，笔者测试 了没有硫化锌存在时，紫外光照射对甲基橙的室温降 解能力． 经紫外光照射不同时间后，测量甲基橙溶液 的紫外--可见吸收谱，并绘制降解率随反应时间变化 的曲线，结果如图 5( b) 曲线 2 所示，有机物几乎没有 被降 解． 说明在没有硫化锌存在的条件下，只 有 254 nm的紫外线照射，甲基橙并不能被降解． 图 5 硫化锌光催化降解甲基橙紫外吸收谱( a) 及降解率曲线对比( b) ． 硫化锌制备条件是锌离子浓度为 2 mmol·L － 1，生长时间为 5 d Fig． 5 ( a) UV·vis absorption spectra of methyl orange aqueous solutions in the presence of ZnS and ( b) degradation rates of methyl orange at differ￾ent intervals with and without catalyst． The catalyst ZnS is prepared with 2 mmol·L － 1 Zn2 + for a reaction time of 5 d 为了分析不同实验条件对硫化锌产物光催化降解 能力的影响，笔者将本研究中其他条件下制备的产物 均进行了上述室温光催化降解甲基橙实验，并绘制了 降解率随反应时间变化的曲线( 图 6) ． 从图 6 可以看 出，系列产物均是前 5 min 对甲基橙的降解率较高，后 续随照射时间的延长降解率提高不多． 相比较而言， 锌离子浓度为 1 mmol·L － 1，生长时间为 20 d 的产物对 甲基橙的降解率达到 50% ，与锌离子浓度为 2 mmol· L － 1，生长时间为 5 d 的产物对甲基橙的降解率相近． 锌离子浓度为 1 mmol·L － 1，生长时间为 5 d 的产物对甲 基橙的降解率在照射 5 min 时只有 34% ，时间延长至 30 min 后，降解率达到 43% ． 对甲基橙的降解率最低 的是锌离子浓度为 2 mmol·L － 1，生长时间为 20 d 的产 物，降 解 率 在 照 射 5 min 时 只 有 22% ，时 间 延 长 至 30 min后，降解率也只达到 29% ． 结合产物形貌、结构 表征结果与半导体光催化原理，笔者分析，所有产物均 为纤锌矿结构，构成产物的颗粒粒径并无明显差别，产 物降解率的不同，主要原因是不同产物与有机质接触 的面积有差异． 从产物扫描电镜照片( 图 1) 可以看 出，图 1 ( a) ～ ( c) 所 对 应 产 物 表 面 均 为 团 簇 状，但 图 1( b) 和( c) 所对应产物团簇密度较大，团簇密度越 大使硫化锌与甲基橙的接触面积越大，有效吸附和催 化面积越大，越有利于对有机质的降解． 最终降解率 曲线显示，图 1( b) 和( c) 所对应产物对甲基橙的降解 率相近，且大于图 1 ( a) 所对应产物对甲基橙的降解 率． 当反应物锌离子浓度为 2 mmol·L － 1，生长时间为 20 d 时，产物生成较致密的膜( 图 1( d) ) ，团簇状的特 征结构不明显，硫化锌与甲基橙的接触面积减小，最终 对甲基橙的降解率也下降． 上述系列光催化降解实验 说明所制备得到的硫化锌纳米晶膜的确能在紫外光辅 助下实现对有机质的降解，但降解率受产物形貌影响 较大． 本研究中制备的产物对甲基橙的降解速度较快， 说明实验制备的硫化锌纳米颗粒经紫外照射后能产生 氧化还原电势较高的光生电子和空穴，使其分解有机 物的速度增快． 但总体来讲，产物降解率并不高，根据 半导体材料光催化降解有机质的机理，笔者分析主要 原因是纳米颗粒组装在衬底上导致硫化锌与有机物接 触面积减小，催化剂有效使用面积降低． 但是，本研究 中硫化锌被组装在柔性聚合物衬底上，由于聚合物 · 9841 ·