Document
Synthesis and characterization of CdS sub-microspheres for the degradation of chlorophenols under visible light irradiation
Publisher
Sultan Qaboos University
Gregorian
2017
Language
English
English abstract
Numerous hazardous organic compounds are introduced into the environment as a result of several man-made activities. Among these organic compounds, the presence of chlorophenols in ground water, surface water and other sources of drinking water has recently become a considerable environmental concern. Due to their stability and bioaccumulation, they remain in the environment for longer periods of time than most other pollutants. Therefore, an effective and economic treatment method for eliminating chlorophenols from water is an urgent demand such as an advanced oxidation process (AOP). In this study, homogeneous cadmium sulfide (CdS) sub-microspheres were successfully prepared via a solution phase and hydrothermal method, using cadmium acetate dihydrate as cadmium source and thiourea as both sulfur source and capping agent. The experimental results demonstrated that the morphology of these CdS crystals can be easily controlled by changing the ratio of cadmium acetate/thiourea. CdS (1:4) samples have homogeneous distribution of nanoparticles compare to 1:2 and 1:3 anion concentrations. CdS@TiO2 core-shell nanostructures were synthesized using as prepared CdS(1:4), via two steps including the solution phase and hydrothermal methods. The prepared CdS@TiO2 core-shell material were characterized by X-ray diffraction (XRD), RAMAN spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), UV-Diffuse Reflectance Spectroscopy (UV-DRS), Scanning Electron Microscopy (SEM), Transmission Electron microscopy (TEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX). The SEM analysis revealed that the CdS sub-microspheres prepared by solution phase and hydrothermal methods possess an average size of around 149 and 470 nm respectively. The prepared samples were applied as an photocatalyst for the degradation of 2,4-dichlorophenol and 2,4,6-trichlorophenol under visible irradiation. The results indicated significantly enhanced photocatalytic activity of Cds@TiO2 for degradation of 2,4-DCP and 2,4,6-TCP compared to pure CdS by around 20%. The enhanced photocatalytic performance can be attributed to the longer lifetime of photo-generated electron-hole pairs from the Cds@TiO2 core-shell material, compared to the pure CdS material. The results showed that 70% of 2,4-DCP and 2,4,6-TCP pollutants were degraded in 6 hours under visible light irradiation.
Member of
Resource URL
Arabic abstract
نتيجة لزيادة أنشطة الإنسان يتم إدخال العديد من المركبات العضوية الخطرة في البيئة. ومن بين هذه المركبات العضوية على سبيل المثال الكلوروفينولات والتي أصبح وجودها في المياه الجوفية والمياه السطحية وغيرها من مصادر مياه الشرب يشكل مصدر قلق بيئي وذلك نظرا لاستقرارها وتراكمها الحيوي، كما إنها تظل في البيئة لفترات أطول من معظم الملوثات. ولذلك، فإن هناك حاجة ملحة لمعالجة فعالة وإقتصادية للقضاء على الكلوروفينولات في المياه. ومن ضمن طرق المعالجة عمليات الأكسدة المتقدمة (AOP). في هذه الدراسة، تم تحضير جسيمات مجهرية متجانسة من كبريتيد الكادميوم (CdS) وذلك باستخدام طريقة الحل والطريقة الحرارية المائية. إستخدمت خلات الكادميوم ثنائي الهيدرات كمصدر للكادميوم و ثيويوريا كمصدر للكبريت وكعامل سد. وأظهرت النتائج التجريبية أن شكل بلورات كبريتيد الكادميوم (CdS) يمكن السيطرة عليها بسهولة عن طريق تغيير نسبة خلات الكادميوم إلى نسبة الثيويوريا. إن عينات من كبريتيد الكادميوم ذات النسبة (4: 1) ((4 :1)CdS) لها توزیع متجانسة من الجسيمات النانومترية مقارنة بالعينات ذات النسب (3: 1) و (2 : 1). بالإضافة إلى ذلك قد تم تحضير عينات تتكون نواتها من كبريتيد الكاديوم و محاطة بغلاف من ثنائي أكسيد التيتانيوم (CdSaTiO2) وذلك باستخدام العينات المعدة من كبريتيد الكادميوم ذات النسبية (4: 1)، والمحضرة بطريقتي الحل و الطريقة الحرارية المائية . تم دراسة الخواص التركيبية لعينيات ( CdS @ TiO2 ) باستخدام تقنية حيود الأشعة السينية (XRD)، مطيافية رامان (RAMAN)، الأشعة السينية الضوئية الطيفية (XPS)، الأشعة فوق البنفسجية منتشرة الانعكاس الطيفي ( UV - DRS )، مجهر المسح الإلكتروني (SEM)، تقنية انتقال المجهر الإلكتروني (TEM)، وتقنية تشتت طاقة الأشعة السينية (EDX). وأظهرت نتائج التحليل بمجهر المسح الإلكتروني (SEM) بأن عينات كبريتيد الكادميوم المحضرة بطريقة الحل حجمها تقريبا 149 نانومتر والعينات المحضرة بطريقة الحرارية المائية حجمها نانومتر 470. كما تم تطبيق العينات المحضرة كمحفزات ضوئية لتكسير 2، 4-ثنائي كلوروفينول و 2، 4 ، 6 -ثلاثي كلوروفينول تحت أشعة الضوء المرئي. وأظهرت النتائج بأن عينات (CdSaTiO2) أدت إلى زيادة في تكسير (4 , 2-ثنائي الكلوروفينول و 2, 4 , 6 - ثلاثي الكلوروفينول) مقارنة بعينات كبريتيد الكادميوم النقي. ويمكن أن يعزى التطور والتحسن في أداء عينات CdS @ TiO2 إلى زيادة عمر الالكترونات والفجوات الناتجة بعد امتصاص الضوء المرئي بواسطة العامل الحفاز (CdSaTiO2 مقارنة بعينات كبريتيد الكادميوم النقي (CdS). كما أن فعالية تكسير الملوثات (2 , 4-ثنائي الكلوروفينول و 2, 4 , 6 - ثلاثي الكلوروفينول) تصل إلى 70% باستخدام عينات (CdSaTiO2) خلال 6 ساعات وتحت أشعة الضوء المرئي.
Category
Theses and Dissertations