馬旭光

(齊齊哈爾市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，黑龍江 齊齊哈爾 161005)

我國(guó)染料廢水排放量大，染料種類(lèi)多，成分雜，色度高已經(jīng)成為水污染現(xiàn)象中不可忽視的重要污染。目前，光催化劑降解有機(jī)物已經(jīng)成為一種理想的環(huán)境污染治理的方法[1-2]。亞甲基藍(lán)是一種可用于麻、絲、紙、竹、木、細(xì)菌等方面的很普遍的染料，生產(chǎn)過(guò)程中廢水未經(jīng)處理排入水體會(huì)造成嚴(yán)重的水污染。雜多酸的能帶結(jié)構(gòu)使其具有優(yōu)異的光催化性能[3]，可以與半導(dǎo)體二氧化鈦一起協(xié)同提高降解率[4-5]。而且，雜多酸和二氧化鈦復(fù)合催化劑還難溶于水，可以回收重復(fù)使用。本文采用浸漬法合成了β2-SiW12和TiO2復(fù)合催化劑β2-SiW12/TiO2研究了不同條件下催化劑降解亞甲基藍(lán)的能力。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

TU-1900型紫外分光光度計(jì)(北京普析通用儀器有限責(zé)任公司)； pHS-2型酸度計(jì)(上海大普儀器有限公司)；可見(jiàn)光分光光度計(jì)722(北京普析通用儀器有限責(zé)任公司)．β-SiW12/TiO2實(shí)驗(yàn)室自制。

1.2 光催化降解實(shí)驗(yàn)

向50 mL 30 mg/L的亞甲基藍(lán)溶液中，加入12 mg β-SiW12/TiO2，置于避光處使達(dá)到吸附脫附平衡，用紫外燈(15W)照射150 min，每間隔一定時(shí)間取樣分析，測(cè)定波長(zhǎng)在664nm處其吸光度。溶液的脫色率(DC)=[A0-A/A0〗]×100%，其中A0為溶液未光照時(shí)測(cè)得的吸光度，A為溶液經(jīng)過(guò)光照后測(cè)得的吸光度。

2 結(jié)果與討論

2.1 避光吸附-脫附實(shí)驗(yàn)

量取50 mL 30 mg/L的亞甲基藍(lán)溶液置與小燒杯中并加入12 mg的β-SiW12/TiO2，放在暗處避光吸附，每吸附10 min取樣離心，離心后的上層清液在亞甲基藍(lán)溶液的最大吸收波長(zhǎng)664nm下測(cè)其吸光度值，并計(jì)算脫色率。由圖1可以看出，亞甲基藍(lán)溶液在暗處吸附50 min后脫色率就基本不再改變了，達(dá)到了吸附-脫附平衡。因此，在進(jìn)行光催化實(shí)驗(yàn)前都將反應(yīng)體系置于避光環(huán)境50 min，達(dá)到吸附脫附平衡后再進(jìn)行光照，并將達(dá)吸附平衡時(shí)的吸光度值作為初始吸光度值。

圖1 β-SiW12/TiO2的吸附-脫附Fig.1 The adsorption-desorption of β-SiW12/TiO2

2.2 β2-SiW12/TiO2的用量對(duì)光催化活性的影響

分別量取50 mL 30 mg/L的亞甲基藍(lán)溶液倒入5個(gè)小燒杯中，各加入β-SiW12/TiO2催化劑 6 mg、8 mg、10 mg、12 mg、14 mg，超聲5 min后避光吸附50 min，取上層清液在664nm處測(cè)定其吸光度。然后再置于紫外燈下照射150 min。間隔15 min取上層清液在664nm處測(cè)其吸光度值，計(jì)算脫色率。由圖2表明，β-SiW12/TiO2的量為12 mg時(shí)脫色率最大，可達(dá)到82.83%。這是因?yàn)榧尤氲摩?SiW12/TiO2催化劑量少時(shí)，光能利用率低導(dǎo)致產(chǎn)生的光生電子少，脫色率低。而催化劑太多時(shí)又會(huì)產(chǎn)生遮蔽作用，從而使一部分β-SiW12/TiO2催化劑得不到光的照射而導(dǎo)致光催化活性下降。所以選擇12 mg為最佳催化劑用量。

圖2 β-SiW12/TiO2的用量對(duì)脫色率的影響Fig.2 Influence of the β-SiW12/TiO2 dosage on decolorization rate

圖3 溶液pH值對(duì)脫色率的影響Fig.3 Influence of initial pH on decolorization rate

2.3 溶液pH值對(duì)光催化活性的影響

分別量取50 mL 30 mg/L的亞甲基藍(lán)于5個(gè)燒杯中，分別將溶液pH值調(diào)至2、4、6、8和10，各加入12 mg的β-SiW12/TiO2，紫外燈照射150 min條件下，pH值的影響結(jié)果如圖3。

由圖3可見(jiàn)，在pH值不斷變化過(guò)程中，酸性太強(qiáng)或堿性太強(qiáng)都會(huì)使亞甲基藍(lán)溶液的降解率降低，當(dāng)溶液的pH值為6時(shí)，脫色率最大達(dá)82.83%，因此最佳酸度選為pH值=6。

2.4 不同光源對(duì)亞甲基藍(lán)降解的影響

調(diào)節(jié)30 mg/L的亞甲基藍(lán)溶液pH值為6，測(cè)其吸光度，取3份，分別加入12 mg的β-SiW12/TiO2，將其進(jìn)行超聲避光吸附50 min后，其中1份放置在自然光下照射150 min，1份在15W紫外燈下照射150 min，1份避光150 min，分別每隔15 min取一定量的上層清液，在664nm最大吸收波長(zhǎng)下測(cè)定吸光度，計(jì)算溶液脫色率。結(jié)果如圖4所示。

圖4 不同的光源對(duì)亞甲基藍(lán)脫色率的影響Fig.4 Influence on decolorization rate of methylene blue by different light

由圖4可知，在初始濃度與催化劑用量和pH值都相同的條件下，對(duì)染料進(jìn)行避光150min，脫色率僅為11.62%，這是因?yàn)樵诖呋瘎┩斗藕蟮?0min內(nèi)已經(jīng)達(dá)到吸附脫附平衡，在沒(méi)有任何光照的條件下基本不會(huì)繼續(xù)降解。只在15W紫外燈下照射時(shí)脫色率為82.83%，而太陽(yáng)光照射的降解效果略好于紫外燈照射的降解效果，脫色率達(dá)86.79%，這是因?yàn)樘?yáng)光中除了含有紫外光外外還含有可見(jiàn)光和紅外線，在共同作用下使降解效果有所提高。

2.5 β-SiW12/TiO2最佳條件下降解亞甲基藍(lán)的動(dòng)力學(xué)研究

量取初始濃度為30 mg/L的亞甲基藍(lán) 50 mL，該溶液置與小燒杯中，投加12 mg的β-SiW12/TiO2，調(diào)節(jié)pH值=6，并放置紫外光下照射。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5，可以看出ln(c0/ct)～t具有很好的線性關(guān)系，說(shuō)明光催化降解亞甲基藍(lán)符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)Ln(c0/ct)～kt。其線性方程為ln(c0/ct)= 0.24142+0.00914t，R=0.98208。求得該反應(yīng)速率常數(shù)為k=0.00914。

圖5 β-SiW12/TiO2光催化降解亞甲基藍(lán)的動(dòng)力學(xué)研究Fig.5 Kinetics of degradation of methylene blue photocatalyzed byβ-SiW12/TiO2

3 結(jié)論

半導(dǎo)體二氧化鈦負(fù)載的雜多酸催化劑β-SiW12/TiO2對(duì)亞甲基藍(lán)降解具有較高的光催化活性，當(dāng)催化劑β-SiW12/TiO2加入量為12 mg，亞甲基藍(lán)的初始濃度為30 mg/L，pH值=6時(shí)，太陽(yáng)光照射下脫色率達(dá)到86.79%。不同光源相比較，

太陽(yáng)光比紫外光照射下具有更好的催化性能。合成的催化劑β-SiW12/TiO2容易制備，催化活性高，用量小，可以利用太陽(yáng)能，具有較好的發(fā)展前景。

[1] 陳 琳，楊蘇東，王傳義，等. 二氧化鈦光催化材料及其改性技術(shù)研究進(jìn)展[J].離子交換與吸附，2013，29(1)：86-96.

[2] 周華鋒，李文澤，張麗清.多孔二氧化鈦負(fù)載型硅鎢雜多酸的制備與表征[J].天津師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，34(2):89-92.

[3] 王偉平，張義軍，楊水金.雜多酸光催化降解染料廢水的研究進(jìn)展[J].化工文摘，2009，25(4)：52-55.

[4] 索龍嬌，王曉紅，王 寅，等.雜多酸/TiO2復(fù)合材料的制備方法及應(yīng)用研究進(jìn)展[J].內(nèi)蒙古民族大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，28(3)：262-264.

[5] 周化嵐，吳 莎，鄒 忠，等.雜多酸( 鹽) 摻雜TiO2制備新型復(fù)合光催化劑的研究進(jìn)展[J].材料導(dǎo)報(bào)，2010，24(6)：17-20.

(本文文獻(xiàn)格式：馬旭光.TiO2負(fù)載雜多酸光催化降解亞甲基藍(lán)的研究[J].山東化工，2018，47(02)：144-145，148.)