CdS強化複合ハイドロゲル材料によるメチレンブルーのクリアランス

Clearance of methylene blue by CdS enhanced composite hydrogel materials.

• Lei Chen
• Chao He
• Jiarui Yin
• Shengqiu Chen
• Weifeng Zhao
• Changsheng Zhao

抄録

ハイドロゲル材料は、有機汚染物質の除去に広く使用されている効果的な吸着剤の一つと考えられています。しかし、ハイドロゲルの中には機械的特性が悪いものもあり、その用途が限定されているのが現状である。ここでは、アクリル酸（AA）とアクリルアミド（AM）を架橋重合させた複合ハイドロゲルを主基材とし、強化材としてカドミウム（CdS）ナノ粒子を主に用いた。走査型電子顕微鏡(SEM)、フーリエ変換赤外分光計(FTIR)、二次元赤外振動エコー分光法(2D-IR)、熱重量分析装置(TGA)を用いて、ハイドロゲルの物理的・化学的構造を決定した。また、AA, AM及びCdSの組成がハイドロゲルの機械的特性及び吸着挙動に及ぼす影響を調べた。また、CdSの太陽光下での廃水浄化への光触媒応用の可能性が高いことから、CdSのドーピング量が光触媒特性に及ぼす影響についても検討した。その結果、AAとAMの質量比が5:5のときに最も優れた機械的特性を示し、CdS添加量の増加に伴い、ハイドロゲルの機械的強度が0.445MPaから1.014MPaへと大幅に向上した。また、この複合ハイドロゲルはメチレンブルーに対する高い吸着効果と光触媒分解の相乗的なクリアランス効果を示した。このように、CdS光触媒ナノ粒子の導入は、排水処理における機械的特性と光触媒分解性を向上させた二機能性ハイドロゲル材料への効率的かつ経済的なアプローチとなる可能性がある。

Hydrogel material is considered to be one of the effective adsorbents widely used to remove organic pollutants. However, the poor mechanical properties of some hydrogels limit their applications. Herein, we prepared composite hydrogels, for which acrylic acid (AA) and acrylamide (AM) were cross-linked and polymerised as the main substrate with adsorption function, while CdS nanoparticles were mainly used as reinforced material. Scanning electron microscope (SEM), Fourier transform infrared spectrometer (FTIR), two-dimensional infrared vibrational echo spectroscopy (2D-IR), and thermal gravimetric analyzer (TGA) were used to determine the physical and chemical structures of the hydrogels. The effects of the composition of AA, AM, and CdS on the mechanical properties and adsorption behaviours of the hydrogels were investigated. Besides, based on the great potential photocatalytic application value for wastewater remediation under the sunlight of CdS, the influence of the CdS doping amount on the photocatalytic property was also studied. As a result, when the mass ratio of AA to AM was 5:5, the hydrogel showed the best mechanical properties, and along with increasing the amount of CdS, the mechanical strength of the hydrogel was significantly enhanced from 0.445 MPa to 1.014 MPa. Besides, the composite hydrogels showed high adsorption and photocatalytic degradation synergistic clearance effect on methylene blue. Thus, the introduction of CdS photocatalytic nanoparticles may be an efficient and economical approach towards bifunctional hydrogel materials with enhanced mechanical property and photocatalytic degradation for wastewater remediation.