製備摻氮氧化鋅/聚苯胺進行染料降解之研究

Application of nitrogen-doped zinc oxide/polyaniline composite for dyes degradation

程怡靜(I-Jing Cheng)

指導教授 ： 王雅玢

中原大學/工學院/生物環境工程研究所/碩士(2015年)

https://doi.org/10.6840/cycu201500454

摘要

有機染料主要用於紡織及食品加工中，目前染料的種類已超過了十萬種，由於其非生物降解性、對水生生物高毒性及對人體的致癌性，再加上，染料廢水具有色澤深且酸鹼性強等特點，因此一直是廢水處理中的難題。
本研究使用熱液法 (solvothermal method)將氧化鋅進行摻雜，使氧化鋅能隙縮小，進而可利用可見光進行光催化反應，接著再以原位聚合法 (in-situ polymerization)與聚苯胺做結合形成有機/無機複合物，使其同時具有氧化鋅的特性與聚苯胺的優勢，進而讓材料之應用範圍更加廣泛。另外，以此材料進行染料的去除研究，欲去除之染料為酸性與鹼性染料，前者選用活性黑KN-B (reactive black 5，RB5)，後者則以亞甲基綠氯化鋅複合鹽 (methylene green zinc chloride double salt，MG)做代表，進行吸附及可見光光催化之研究。
結果顯示，摻氮氧化鋅/聚苯胺複合物是由摻氮氧化鋅表面包覆一層聚苯胺而形成的。在去除RB5染料的實驗中，ZnO-N/PANI(1:1)擁有最好的總去除率(60.5%)，24小時的吸附去除率為44.4%，而6小時的光催化降解率為16.1%，其最大吸附量是221 mg/g，且整個過程中並無副產物產生。在去除MG染料的實驗中，ZnO-N/PANI(1:1)具有最好的總去除率 (71.8%)，24小時的吸附去除率為17.4% (非最佳，最佳的為PANI，其吸附去除率為36.0%)，而6小時的光催化降解率為54.4%，其最大吸附量是9.80 mg/g，且整個過程中並無副產物產生，摻氮氧化鋅/聚苯胺複合物在可見光下可加速RB5和MG染料的分解。

關鍵字

摻氮氧化鋅 ； 聚苯胺 ； 光催化 ； 吸附 ； 染料

並列摘要

More than one hundred thousand kind of organic dyes are used in textile and food industries. In wastewater treatment, organic dyes are big problems due to their non-biodegradability and high toxicity to aquatic creatures and carcinogenic effects on humans, as well as the dark color and extreme pH.
In this study, nitrogen-doped zinc oxide (ZnO-N) were fabricated by solvothermal method. The photocatalyst ZnO-N could process chemical reaction under visible light. Further, ZnO-N was combined with polyaniline (PANI) by in-situ polymerization to form inorganic-organic material─nitrogen-doped zinc oxide with polyaniline (ZnO-N/PANI) composite. The composite had advantage of PANI and ZnO-N so it can be widely used. In addition, reactive black 5 (RB5) and methylene green zinc chloride double salt (MG) dyes were tested by ZnO-N/PANI under visible light to evaluate its effect.
The results showed PANI and ZnO-N had formed a composite in which the ZnO-N was embedded within the polymer matrix. For RB5 dye removal experiment, 60.5% of total removal efficiency was the highest for ZnO-N/PANI(1:1). The adsorption efficiency is 44.4% for 24 hours and its photo-degradation efficiency is 16.1% for 6 hours. The maximum adsorption capacity is 221 mg/g. For MG dye removal experiment, 71.8% of total removal efficiency was the highest for ZnO-N/PANI(1:1). The adsorption efficiency is 17.4% for 24 hours and its photo-degradation efficiency is 54.4% for 6 hours. The maximum adsorption capacity is 9.80 mg/g. The ZnO-Z/PANI composite will accelerate the degradation of RB5 and MG under visible light.

並列關鍵字

nitrogen-doped zinc oxide ； polyaniline ； photocatalytic ； adsorption ； dyes

參考文獻

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