ウラン(VI)除去のための高吸着・光触媒作用を有する新規Ag添加SnS@InVO複合材料の作製

Fabrication of the novel Ag-doped SnS@InVO composite with high adsorption-photocatalysis for the removal of uranium (VI).

• Shan He
• Zhiquan Yang
• Xiandi Cui
• Xinyi Zhang
• Xiaojun Niu

抄録

ウラン(VI)を効率的に除去するためのAgドープSnS@InVO複合体の合成に成功した。本研究では、Ag添加SnS@InVO複合体の構造,モルフォロジー,光学特性を様々な装置を用いて評価した。その結果、Ag添加SnS@InVO複合体は、孔径約4.87nm,比表面積101.58m/gの六角形ナノシートであることがわかった。さらに特性評価を行った結果、可視光の光吸着能が向上し、バンドギャップが狭くなることが明らかになった。AgドープSnS@InVO複合体へのU(VI)の吸着速度及び等温線は、ラングミュアモデル及び疑似2次モードを用いて描くことができ、U(VI)の最大吸着容量は167.79mg/gに達した。その結果、InVOの最適含有量は2wt%であり、最高除去効率は97.6%であることがわかった。また、Ag添加SnS@InVO複合材料は、純粋なSnSやAg添加SnSと比較して、可視光下での可溶性U(VI)から不溶性U(IV)への変換に対して優れた光触媒性能を示した。この優れた光触媒性能の主な要因は、多数の表面活性サイト、強い光吸着能、狭いバンドギャップにある。また、AgドープSnSとInVOのヘテロ接合により、光励起電荷の分離と移動が促進された。その結果、AgドープSnS@InVO複合体は、良好な構造安定性と再利用性を維持していることがわかった。最後に、実験解析に基づいて考えられるメカニズムについて議論した。

A novel Ag-doped SnS@InVO composite was successfully synthesized for efficient uranium removal from wastewater through a facile hydrothermal method. The structure, morphology and optical property of materials were characterized using various instruments. The results proved that Ag-doped SnS@InVO composite presented as hexangular nanosheets with about 4.87 nm pore size and 101.58 m/g specific surface area. Further characterization demonstrated that photo-adsorption ability of visible light was enhanced and band gap was narrowed. The adsorption kinetics and isotherm of U(VI) on Ag-doped SnS@InVO composite could be depicted via the Langmuir model and pseudo-second-order mode, and the maximum adsorption capacity of U(VI) reached 167.79 mg/g. The elimination of U(VI) of as-synthesized composites was studied by a synergy of adsorption and visible-light photocatalysis, and the optimal content of InVO was found to be 2 wt% with the highest removal efficiency of 97.6%. In addition, compared with pure SnS and Ag-doped SnS, the Ag-doped SnS@InVO composites exhibited superior photocatalytic performance for the conversion of soluble U(VI) to insoluble U(IV) under visible light. The excellent photocatalytic performance was mainly attributed to numerous surface-active sites, strong optical adsorption ability and narrow band gap. Simultaneously, the heterojunction between Ag-doped SnS and InVO promoted the separation and transfer of photoexcited charges. The cyclic experiments indicated the Ag-doped SnS@InVO composite remained good structural stability and reusability. Finally, the possible mechanism was discussed based on the experimental analysis.

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