閆 艷

(徐州生物工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 生物工程系，江蘇 徐州 221000)

印染廢水的水質(zhì)成分復(fù)雜，不僅含有纖維類物質(zhì)，還含有硝基苯類、苯胺類、鄰苯二甲酸類等有毒有害的有機(jī)污染物，高濃度、高色度、難降解的特點(diǎn)給其處理帶來了很大困難，對(duì)生態(tài)環(huán)境和飲用水造成很大危害。因此，染料廢水的處理已成為人們亟待解決的問題[1-2]。目前，印染廢水處理的方法主要有吸附法、混凝法、光催化氧化法、電化學(xué)法、生化法等，其中光催化氧化法作為一種高效、潔凈的處理方法被國內(nèi)外學(xué)者廣泛關(guān)注[3-5]。

本文就運(yùn)用光催化氧化法，利用自制光催化反應(yīng)器降解亞甲基藍(lán)廢水，在外加交變磁場(chǎng)的作用下，研究亞甲基藍(lán)溶液的初始濃度、溶液的初始pH值、催化劑投加量、H2O2投加量、時(shí)間等因素對(duì)催化效果的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器和試劑

空氣壓縮機(jī)(0.2OP-551)，分析天平(上海精科天平)，CD-B DDS Signal Generator(信號(hào)發(fā)生器)，H2050R-1離心機(jī)(湖南相儀實(shí)驗(yàn)室儀器開發(fā)有限公司)，TU-1901 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)亞甲基藍(lán)(分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)，德國P25納米二氧化鈦(北京安特普納有限公司)，氫氧化鈉(分析純，上海蘇懿化學(xué)試劑有限公司)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

利用自制的光催化反應(yīng)器，根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，取125mL亞甲基藍(lán)溶液，加入一定量的TiO2和H2O2，用恒溫循環(huán)水控制反應(yīng)體系溫度為30℃，外加交變磁場(chǎng)，反應(yīng)一定時(shí)間后取樣，放入高速離心機(jī)中，以14000r/min離心8min,取上層清液過濾后測(cè)定亞甲基藍(lán)的吸光度值，計(jì)算其降解率。

亞甲基藍(lán)含量測(cè)定用紫外可見分光光度法，在其特征波長(zhǎng)664 nm處, 測(cè)其吸光度A。亞甲基藍(lán)的降解率計(jì)算按照下式進(jìn)行:

式中：A0——降解前亞甲基藍(lán)的吸光度；A——降解后亞甲基藍(lán)的吸光度。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 溶液初始pH值對(duì)光催化降解的影響

取初始pH值分別為2,4,6,7,8,9,10的10mg/L亞甲基藍(lán)溶液125mL，TiO2用量均為0.20g，H2O2用量均為25μL，空氣流量為60L/h，交變磁場(chǎng)頻率為12kHz，通入線圈的高頻交流電流為1 A，分別在20,40,60,80,100,120min時(shí)取樣，離心過濾后，測(cè)吸光度，計(jì)算降解率，結(jié)果如圖1。

圖1 亞甲基藍(lán)的初始pH值對(duì)降解率的影響 Fig.1 The effect of beginning pH of resolution on decomposition rate of MB

實(shí)驗(yàn)證明，亞甲基藍(lán)的降解率隨溶液初始pH的增大而增大。但調(diào)節(jié)溶液pH需加更多的NaOH溶液，故從節(jié)約試劑且有較好降解效果的角度出發(fā)，本實(shí)驗(yàn)選pH值=9為最佳pH。在反應(yīng)60min以內(nèi)，亞甲基藍(lán)溶液降解速率很快，已達(dá)到90.07%，故以下實(shí)驗(yàn)選擇在0 60min的時(shí)間內(nèi)研究光催化降解亞甲基藍(lán)廢水的影響。

2.2 溶液初始濃度對(duì)光催化降解的影響

取初始濃度分別為2,5,10,15,20mg/L的亞甲基藍(lán)溶液125mL，調(diào)節(jié)其初始pH值=9，TiO2用量均為0.20g， H2O2用量均為25μL，空氣流量為60L/h，交變磁場(chǎng)頻率為12kHz，通入線圈的高頻交流電流為1 A，分別在5,10,15,20,40,60min時(shí)取樣，離心過濾后，測(cè)吸光度，計(jì)算降解率，結(jié)果如圖2。

圖2 亞甲基藍(lán)的初始濃度對(duì)降解率的影響 Fig.2 The effect of beginning concentration on decomposition rate of MB

圖2表明，隨亞甲基藍(lán)初始濃度的增加，降解率先增加再降低，當(dāng)亞甲基藍(lán)初始濃度為10mg/L時(shí)，其總體降解率較高，在40min時(shí)可達(dá)為88.09%。當(dāng)反應(yīng)物初始濃度過高時(shí)，開始的降解率高，但隨反應(yīng)時(shí)間的增加降解率也增加緩慢，這是因?yàn)榉磻?yīng)物的初始濃度過高，附在TiO2催化劑表面的亞甲基藍(lán)分子越多，就會(huì)吸附OH-，減少羥基自由基的生成，從而降低光催化反應(yīng)的效率[6-7]。

2.3 加入催化劑TiO2的量對(duì)光催化降解的影響

取初始濃度為10mg/L的亞甲基藍(lán)溶液125mL，其pH值=9，分別投入0.16，0.18，0.20，0.22，0.24g的TiO2，H2O2用量均為25μL，空氣流量為60L/h，交變磁場(chǎng)頻率為12kHz，通入線圈的高頻交流電流為1 A，分別在5，10，15，20，40，60min時(shí)取樣，離心過濾后，測(cè)吸光度，計(jì)算降解率，結(jié)果如圖3。

圖3 催化劑的量對(duì)亞甲基藍(lán)降解率的影響 Fig.3 The effect of quality of TiO2 on decomposition rate of MB

上圖表明，隨著催化劑量的增大，亞甲基藍(lán)的降解率先增大再降低。由圖可知最佳用量為0.20g。加入的催化劑量過少，溶液中的催化活性中心少，光催化效果不好；加入的催化劑量過多，溶液中催化劑顆粒過多，阻擋紫外線的照射，催化效果也不好，所以加入適當(dāng)?shù)拇呋瘎?，有助于光催化反?yīng)[8-9]。

2.4 加入過氧化氫的量對(duì)光催化降解的影響

取初始濃度為10mg/L的亞甲基藍(lán)溶液125mL，其pH值=9，投入0.20g的TiO2，分別投入 H2O2的量為0，5，15，25，50，100μL，空氣流量為60L/h，交變磁場(chǎng)頻率為12kHz，通入線圈的高頻交流電流為1 A，分別在5，10，15，20，40，60min時(shí)取樣，離心過濾后，測(cè)吸光度，計(jì)算降解率，結(jié)果如圖4。

圖4 過氧化氫的用量對(duì)亞甲基藍(lán)降解率的影響 Fig.4 The effect of dosage of H2O2 on decomposition rate of MB

研究表明，降解亞甲基藍(lán)的反應(yīng)中，隨著過氧化氫用量的增大，亞甲基藍(lán)的降解率隨之先增大后減小，當(dāng)用量為25μL時(shí)，降解60min后達(dá)到90.07%。當(dāng)過氧化氫的量大于25μL時(shí)也有很好的降解效果，但是并沒有很大的提高，當(dāng)加入過多的過氧化氫時(shí)，降解率反而降低，所以實(shí)驗(yàn)中選擇加入25μL的過氧化氫作為最佳條件。

3 結(jié)論

研究表明，用外加磁場(chǎng)進(jìn)行光催化降解亞甲基藍(lán)溶液取得了很好的效果，亞甲基藍(lán)溶液可以很快褪色，獲得最佳工藝條件為：亞甲基藍(lán)的初始濃度為10mg/L，pH值=9，投入TiO2催化劑量為0.20g，H2O2的量為25μL，空氣流量為60 L/h，交變磁場(chǎng)頻率為12 kHz，通入線圈的高頻交流電流為為1.0 A，反應(yīng)60min，降解率達(dá)90.07%，溶液顏色由藍(lán)色變?yōu)闊o色。

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