無機離子對磷鎢酸光催化活性艷橙脫色降解的影響＊

朱秀華 朱 敏 王 煒 穆 軍 彭孝軍 張 蓉

(1 大連交通大學環(huán)境與化學工程學院,大連,116028;2 大連理工大學精細化工國家重點實驗室,大連,116012)

無機離子對磷鎢酸光催化活性艷橙脫色降解的影響＊

朱秀華1,2＊＊朱 敏1王 煒1穆 軍1彭孝軍2張 蓉2

(1 大連交通大學環(huán)境與化學工程學院,大連,116028;2 大連理工大學精細化工國家重點實驗室,大連,116012)

報道了 10種無機離子 ()對磷鎢酸光催化活性艷橙 (KGN)溶液反應的影響.研究表明,對光催化 KGN溶液降解有一定的促進作用,但隨著濃度的增大,該促進作用不再增大;在不同濃度下對光催化反應有較強的促進作用,但隨著和濃度的增長,其促進作用呈降低趨勢;當濃度高于0.15mmol·l-1時,隨著濃度的增大,光催化反應發(fā)生抑制,并且隨著濃度的增長,抑制作用有增強的趨勢;Cl-對光催化脫色反應存在較強的抑制作用,除在 0.075mmol·l-1的濃度時,Cl-對反應無明顯影響外,其它濃度下都使光催化反應發(fā)生抑制,并且隨著 Cl-濃度的增加,抑制作用明顯增強.Mg2+和 Ca2+在不同濃度下對磷鎢酸光催化 KGN反應略微有促進作用;Cu2+對活性艷橙光催化脫色反應影響不顯著;而Mn2+和Al3+離子對光催化反應效率存在一定抑制作用.

無機離子,磷鎢酸,光催化,活性艷橙,脫色降解.

向溶液中加入某種鹽就會增加溶液的離子強度,從而影響反應物和活化絡合物的活度系數(shù),必然也就影響反應速率,這種影響叫做次級動力學鹽效應.

染料工業(yè)廢水主要包括:含鹽有機物有色廢水,無機鹽濃度在 15%—25%,主要是 NaCl,少量Na2SO4、KCl及其它金屬鹽類;氯化或溴化廢水;含有微酸、微堿的有機廢水;含有銅,鉛,鉻,錳,汞等金屬離子的有色廢水等.研究表明,磷鎢酸對活性艷橙 (KGN)有光催化脫色降解作用[1],根據(jù)次級動力學鹽效應可見,其中的無機鹽可能會影響磷鎢酸光催化活性.

本研究選用了染料廢水中常見的 5種無機陰離子和 5種無機陽離子,研究其對磷鎢酸光催化 KGN脫色的影響.

1 實驗部分

將 10mg·l-1的活性艷橙溶液,置于具蓋石英燒杯中,分別添加不同陰陽離子的溶液,同時以對應的 KGN溶液作為參比溶液,并分別加入 0.6g·l-1磷鎢酸催化劑,調節(jié)溶液初始 pH值等于 2[2],避光電磁攪拌 5min,至混合均勻后,置于 20W紫外燈下照射 (光解實驗前先開燈 20min,以便獲得恒定光輸出),持續(xù)電磁攪拌,60min后取樣,進行分析測定.

Shimadu UV-2201紫外-可見分光光度計 (日本島津)對活性艷橙溶液進行全波段 (200 nm—700 nm)掃描.然后在可見區(qū)最大波長下測定樣品的吸光度,試樣脫色率(DC)依下式計算:

式中:A0為光照前試樣的吸光度;A為光照時間 t時試樣的吸光度.

2 結果與討論

2.1 無機陰離子對磷鎢酸光催化 KGN脫色效率的影響

將 10mg·l-1的活性艷橙溶液分別添加濃度為 0.075—0.300mmol·l-1不同陰離子的鈉鹽,同時以不含有無機鹽的 KGN溶液作為參比溶液,光解結果見圖1.由圖1可見,N對 KGN溶液降解有一定的促進作用,且隨著 N濃度的增大,該促進作用增大不顯著.

前人[3—5]研究表明,水體中能促進水中痕量有機物光氧化,因為受光輻射,可生成具有強氧化性的 HO·,但隨著濃度增大,濃度亦增大 (見反應式 (1)—(3)),可與 HO·反應,因此,光催化反應有所減慢.離子對光催化反應亦有一定的促進作用.在反應中可以俘獲光生空穴 (h+)和羥基自由基 (HO·),生成有高的氧化能力,能夠氧化有機物,促進光催化反應.但當子濃度過高時,促進作用有所降低.

H2C(反應溶液初始pH為2時,Na2CO3是以未解離的H2CO3和溶解的CO2形式存在,本文以H2C表示)在不同濃度下對光催化反應有較強的促進作用,但隨著 Na2CO3濃度的增長,其促進作用呈降低的趨勢.

Cl-對光催化脫色反應存在較強的抑制作用,除了在 0.075 mmol·l-1的濃度時,Cl-對反應無明顯影響外,其它濃度下都使光催化反應發(fā)生抑制,并且隨著 Cl-濃度的增加,抑制作用明顯增強.這是因為 Cl-具有較強的還原能力,它與 KGN競爭氧化劑,從而使光催化反應效率降低.

2.2 無機陽離子對磷鎢酸光催化 KGN脫色效率的影響

配制 10mg·l-1的 KGN溶液,分別添加濃度為 0.075—0.300mmol·l-1的不同陽離子的氯化物溶液,同時以含有氯化鈉 (與樣品溶液具有相同物質的量的氯離子)的 KGN溶液作為參比空白溶液,并分別加入 0.6g·l-1磷鎢酸,光解 60min后取樣分析,結果見圖2.由圖2可見,Mg2+和 Ca2+在不同濃度下對磷鎢酸光催化 KGN反應略微有促進作用;Cu2+對磷鎢酸光催化活性艷橙脫色反應影響不顯著;而Mn2+和Al3+離子對磷鎢酸光催化反應效率存在一定抑制作用.對于不同陽離子對磷鎢酸光催化 KGN反應的影響機理有待進一步深入研究.

圖2 無機陽離子對 KGN光催化脫色降解影響Fig.2 Effect of inorganic cation on photocatalytic degradation of KGN

3 結論

磷鎢酸光催化 KGN溶液脫色降解效率受溶液中共存無機離子影響.其中無機陰離子如和 Cl-等對光催化反應影響較大,而無機陽離子如Mg2+,Ca2+,Cu2+,Mn2+,Al3+影響較小.

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THE EFFECT OF INORGANIC I ONS ON PHOTOLYSIS OF REACTIVE BRIGHT ORANGE SOLUTI ON

ZHU Xiu-hua1,2ZHU M in1WANG W ei1MU Jun1PENG X iao-jun2ZHANG Rong2
(1 School of Environmental and Chemical Engneering,Dalian JiaotongUniversity,Dalian,116028,China(2 State KeyLaboratory of Fine Chemicals,Dalian University of Technology,Dalian,116012,China)

The effect of 10 inorganic ions(and Al3+)on performance of the photocatalytic decomposition of reactive bright orange(KGN)with polyoxometale,H3PW12O40,was investigated in an aqueous solution with a 20W UV lamp.It was found that the inorganic anion has greater effect on the photocatalytic characteristic of H3PW12O40,but the inorganic cation has smaller effect.

inorganic ions,phospho-tungstic acid,photocatalysis,reactive bright orange,decolorization and decomposition.

2009年5月9日收稿.

＊大連理工大學精細化工國家重點實驗室開放課題基金資助 (KF0707).

＊＊通訊聯(lián)系人,Tel:0411-84109335,E-mail:zhuxiuhua1@hotmail.com