王樹成,馬榮華
(齊齊哈爾大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,黑龍江 齊齊哈爾 161006)
環(huán)境污染問題一直是我們所賴以生存的社會(huì)的重要話題[1]。光催化處理染料廢水技術(shù)能將廢液中所含的有機(jī)污染物沉降分解為無(wú)毒無(wú)害的H2O和CO2等小分子,實(shí)現(xiàn)安全排放的環(huán)境保護(hù)主旨[2]。雜多酸和禁帶寬度為3.6eV的 SnO2都具有光催化降解性能[3-4],但都只能吸收紫外光,聚苯胺可以使二者的光吸收范圍擴(kuò)大到可見區(qū)[5]。因此本文以雜多酸、二氧化錫和聚苯胺三元復(fù)合材料SiW11Mn/PANI/SnO2為復(fù)合光催化劑,在太陽(yáng)光照射下對(duì)模擬染料孔雀石綠進(jìn)行光催化降解,期望能夠利用太陽(yáng)能來實(shí)現(xiàn)染料廢水的光催化降解。
pHS-2 型酸度計(jì)(上海大普儀器有限公司);TU-1901 型雙光束紫外可見分光光度計(jì)(北京普析通用儀器有限責(zé)任公司);SiW11Mn/PANI/SnO2實(shí)驗(yàn)室自制。
將定量的催化劑加入配置好的定濃度的100 mL孔雀石綠溶液中,達(dá)到吸附-脫附平衡后,先在617nm最大吸收波長(zhǎng)處測(cè)初始吸光度A0,然后再在30W的紫外燈下照射200 min,每20 min取一定量的溶液進(jìn)行一次吸光度A的測(cè)定。用孔雀石綠的降解率DC來體現(xiàn)所合成的SiW11Mn/PANI/SnO2的光催化活性。
DC=(A0-A)/A0× 100%
(1)
式中,A0為光照前溶液吸光度;A為光照后溶液吸光度。
將10 mg 的催化劑 SiW11Mn/PANI/SnO2加入濃度為10 mg/L的溶液孔雀石綠中,圖1為pH值影響光催化降解孔雀石綠的效果圖。通過圖1可以知道,催化劑降解孔雀石綠在pH值=1時(shí)降解率最好,為92.7%。這可能因?yàn)橐躁?yáng)離子為主的孔雀石綠溶液,強(qiáng)酸性條件下更容易被荷負(fù)電性的雜多陰離子吸附,使表面反應(yīng)的催化劑濃度大,導(dǎo)致降解速度越快。
圖1 溶液pH 值對(duì)染料降解效果的影響Fig.1 Effect of solution pH on dye degradation
從圖2可知,在pH=1的不同濃度孔雀石綠中分別加入10 mg 的SiW11Mn/PANI/SnO2時(shí),當(dāng)孔雀石綠濃度為10 mg/L的狀態(tài)下,SiW11Mn/PANI/SnO2的催化降解效果最好,降解率是90.1%。由于染料分子過多對(duì)SiW11Mn/PANI/SnO2的表面的遮蓋使光利用率降低,因此,初始濃度增大,孔雀石綠的降解趨勢(shì)也會(huì)下降。
圖2 溶液質(zhì)量濃度對(duì)染料降解效果的影響Fig.2 Effect of Solutionconcentration on dye degradation
調(diào)節(jié)pH=1,孔雀石綠的濃度為10 mg/L,SiW11Mn/PANI/SnO2的投入量對(duì)降解孔雀石綠的影響如圖3。當(dāng)SiW11Mn/PANI/SnO2用量為10 mg,降解效果最佳為90.2%。因?yàn)榇呋瘎㏒iW11Mn/PANI/SnO2用量不足10 mg 時(shí),反應(yīng)的位點(diǎn)不充足降解率就低,而催化劑用量超過10 mg/L時(shí),又超過了催化劑的最大有效受光面積,形成光屏蔽,使降解效果下降。
圖3 催化劑用量對(duì)染料降解效果的影響Fig.3 Effect of catalyst dosage on dye degradation
圖4 不同光源對(duì)染料降解效果的影響Fig.4 Effect of different light sources on dye degradation
調(diào)節(jié)pH值=1,孔雀石綠染料的濃度為10 mg/L、分別加入10 mg 的SiW11Mn/PANI/SnO2,圖4為紫外光和太陽(yáng)光對(duì)染料孔雀石綠的降解效果圖,由圖4可看出,催化劑SiW11Mn/PANI/SnO2在太陽(yáng)光和紫外光下均有很好的光催化降解性能。太陽(yáng)光下對(duì)孔雀石綠的降解效果更好,降解率為96.5%。圖5為不同光源對(duì)孔雀石綠降解的動(dòng)力學(xué)曲線,紫外光和太陽(yáng)光對(duì)孔雀石綠的降解均符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。
圖5 不同光源光降解孔雀石綠的動(dòng)力學(xué)曲線Fig.5 Kinetic curves of photodegradation of malachite green by different light sources
復(fù)合催化劑SiW11Mn/PANI/SnO2在太陽(yáng)光和紫外光下對(duì)孔雀石綠模擬廢水均有很好的光催化降解性能。其進(jìn)行光催化降解的最佳條件是:pH值=1,染料濃度10 mg/L,催化劑投加量為10 mg。此時(shí)的降解率可達(dá)到96.5%。并且降解符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程。
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(本文文獻(xiàn)格式:王樹成,馬榮華.雜多酸/PANI/SnO2復(fù)合材料光催化降解孔雀石綠[J].山東化工,2018,47(02):135-136.)