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        納米光催化劑制備及處理印染廢水分析

        2019-12-03 02:34:50林雨冉曲關(guān)璦
        云南化工 2019年10期
        關(guān)鍵詞:羅丹明印染光催化劑

        林雨冉,曲關(guān)璦

        (沈陽(yáng)師范大學(xué),遼寧 沈陽(yáng) 110034)

        隨著納米光催化劑在印染廢水處理領(lǐng)域受到的關(guān)注越來(lái)越多,對(duì)其催化活性的研究也在日益深入,其中三氧化鎢因光電化學(xué)性質(zhì)良好,逐漸成為光催化材料的重要選擇。下面就基于水熱法制備三氧化鎢/石墨烯,并根據(jù)印染廢水處理效果尋求最佳的制備條件。

        1 納米光催化劑的制備實(shí)驗(yàn)

        1.1 試劑和儀器

        試劑:鎢酸鈉,氧化石墨烯,氟硼酸,羅丹明B溶液,二級(jí)水,無(wú)水乙醇。

        儀器:光化學(xué)反應(yīng)儀,電子天平,X-射線衍射儀(D/max-r A型),掃描電子顯微鏡(JSM-7500F),超聲清洗器等。

        1.2 操作步驟

        該實(shí)驗(yàn)分五步進(jìn)行:第一步,分別稱取質(zhì)量為0.001g、0.002g、0.005g的氧化石墨烯置于燒杯中,隨后加入20mL異丙醇,經(jīng)保鮮膜加以密封后啟動(dòng)2h的超聲儀;第二步,稱取鎢酸鈉1g放入燒杯后加入20mL氟硼酸,并在密封后進(jìn)行攪拌直至出現(xiàn)淡黃色沉淀[1];第三步,2h超聲處理結(jié)束后,將第一步所得溶液與第二步溶液混合密封,并進(jìn)行30min的磁力攪拌和30min的超聲處理;第四步,將第三步所得溶液置于聚四氟乙烯內(nèi)膽反應(yīng)釜中,經(jīng)保鮮膜予以密封后置于烘箱中,并使其在120℃、160℃反應(yīng)12h、48h后取出;第五步,取出上述沉淀物經(jīng)二級(jí)水、無(wú)水乙醇進(jìn)行多次洗滌使其達(dá)到中性后放入60℃烘箱中進(jìn)行干燥,最終得到所需樣品。

        2 納米光催化劑處理印染廢水分析

        2.1 反應(yīng)溫度對(duì)納米光催化劑降解率的影響

        由上可知,在制備納米光催化劑-三氧化鎢/石墨烯樣品時(shí),涉及了不同的反應(yīng)溫度,且經(jīng)X-射線衍射后發(fā)現(xiàn),不同溫度下制備的樣品雖然具有尖銳的衍射峰和較高的結(jié)晶度,未出現(xiàn)其他特征峰,不過(guò)分析數(shù)據(jù)可知,同樣是反應(yīng)12h但120℃峰值比160℃略高,即120℃條件下納米顆粒能夠更好的結(jié)晶,并通過(guò)電子-空穴對(duì)向表面遷移的促進(jìn)提升樣品的光催化活性,同理掃描電鏡圖也證明了這一點(diǎn)[2]。后用羅丹明B溶液模擬印染廢水探究反應(yīng)溫度對(duì)三氧化鎢/石墨烯降解率的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn),所制備的樣品光催化活性較為明顯,但隨著反應(yīng)溫度的升高,樣品降解羅丹明B的效果有所降低,即在反應(yīng)12h和光照2h的條件下,120℃和160℃制備的樣品降解率分別為91%和89.1%,原因在于較低的反應(yīng)溫度會(huì)增大樣品的粒徑,間接加快電子和空穴的遷移率,進(jìn)而提高了三氧化鎢/石墨烯所具有的光催化活性。

        2.2 反應(yīng)時(shí)間對(duì)納米光催化劑降解率的影響

        如果保持樣品制備的反應(yīng)溫度不變,反應(yīng)時(shí)間的長(zhǎng)短對(duì)三氧化鎢/石墨烯降解印染廢液的效果也有影響。為進(jìn)一步分析兩者之間的關(guān)系對(duì)其作了X-射線衍射并得到了相應(yīng)的圖譜,結(jié)果發(fā)現(xiàn)所有樣品晶型均為正交晶系,且衍射峰尖銳、結(jié)晶度高、無(wú)其他特征峰。值得注意的是,當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為48h時(shí)峰型有所變化,說(shuō)明三氧化鎢/石墨烯峰型會(huì)受到反應(yīng)時(shí)間的影響(見圖1)[3]。配以掃描電鏡圖分析可知,在120℃溫度下,樣品顆粒碎片會(huì)隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)而增加,且12h下樣品的結(jié)晶度比48h的略高。而在降解羅丹明B方面,反應(yīng)時(shí)間的增加會(huì)導(dǎo)致降解率的降低,即在反應(yīng)120℃和光照2h的條件下,反應(yīng)12h和反應(yīng)48h的樣品對(duì)羅丹明B的降解率分別為91%和80.6%。這可能是因?yàn)檩^長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間降低了樣品的結(jié)晶度和比表面積,對(duì)電子和空穴的遷移具有一定的抑制作用,最終降低了三氧化鎢/石墨烯的光催化活性。

        圖1 120℃下不同反應(yīng)時(shí)間的納米光催化劑X-射線衍射圖譜

        2.3 用量對(duì)納米光催化劑降解率的影響

        除了上述因素,氧化石墨烯也會(huì)對(duì)納米光催化劑降解率產(chǎn)生影響,具體見表1。由此可知,氧化石墨烯的用量會(huì)影響制備樣品降解羅丹明B的效果,如在2h光照這一條件下,反應(yīng)溫度和時(shí)間分別保證 120℃和 12h不變,經(jīng) 0.001g、0.002g和0.005g氧化石墨烯制備的樣品對(duì)羅丹明B的降解率分別為79.8%、91%和87.6%,分析原因可能是氧化石墨烯如果用量過(guò)少會(huì)難以促進(jìn)三氧化鎢與其的復(fù)合,用量過(guò)多又會(huì)干擾電子和空穴的遷移以及資源浪費(fèi),故也不利于樣品催化活性的提高。

        表1 基于不同用量氧化石墨烯制備的樣品對(duì)羅丹明B的降解率

        2.4 結(jié)論

        基于水熱法制備的納米光催化劑-三氧化鎢/石墨烯的光催化活性與參數(shù)反應(yīng)時(shí)間、溫度和氧化石墨烯用量有關(guān),并通過(guò)模擬印染廢水得到了相對(duì)理想的制備條件,即反應(yīng)溫度為120℃、反應(yīng)時(shí)間為12h、氧化石墨烯為0.002g條件所制備的納米光催化劑處理羅丹明B溶液(印染廢水)的效果最好,降解率為91%。

        3 結(jié)語(yǔ)

        處理印染廢水,納米光催化劑是一個(gè)不錯(cuò)的選擇,關(guān)鍵在于制備條件如何確定。這就需要我們利用科學(xué)的理論知識(shí)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牟僮鲗?shí)驗(yàn)去驗(yàn)證,以期不斷提升納米光催化劑的光催化劑活性,使其更為有效的降解印染廢水,減少環(huán)境污染。

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