無機(jī)離子對(duì)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(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院,大連,116028;2 大連理工大學(xué)精細(xì)化工國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,大連,116012)

無機(jī)離子對(duì)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(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院,大連,116028;2 大連理工大學(xué)精細(xì)化工國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,大連,116012)

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

無機(jī)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(huì)增加溶液的離子強(qiáng)度,從而影響反應(yīng)物和活化絡(luò)合物的活度系數(shù),必然也就影響反應(yīng)速率,這種影響叫做次級(jí)動(dòng)力學(xué)鹽效應(yīng).

染料工業(yè)廢水主要包括:含鹽有機(jī)物有色廢水,無機(jī)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(jī)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(duì)活性艷橙 (KGN)有光催化脫色降解作用[1],根據(jù)次級(jí)動(dòng)力學(xué)鹽效應(yīng)可見,其中的無機(jī)鹽可能會(huì)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(jī)陰離子和 5種無機(jī)陽離子,研究其對(duì)磷鎢酸光催化 KGN脫色的影響.

1 實(shí)驗(yàn)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(shí)以對(duì)應(yīng)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(diào)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(shí)驗(yàn)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(jìn)行分析測(cè)定.

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

式中:A0為光照前試樣的吸光度;A為光照時(shí)間 t時(shí)試樣的吸光度.

2 結(jié)果與討論

2.1 無機(jī)陰離子對(duì)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(shí)以不含有無機(jī)鹽的 KGN溶液作為參比溶液,光解結(jié)果見圖1.由圖1可見,N對(duì) KGN溶液降解有一定的促進(jìn)作用,且隨著 N濃度的增大,該促進(jìn)作用增大不顯著.

前人[3—5]研究表明,水體中能促進(jìn)水中痕量有機(jī)物光氧化,因?yàn)槭芄廨椛?可生成具有強(qiáng)氧化性的 HO·,但隨著濃度增大,濃度亦增大 (見反應(yīng)式 (1)—(3)),可與 HO·反應(yīng),因此,光催化反應(yīng)有所減慢.離子對(duì)光催化反應(yīng)亦有一定的促進(jìn)作用.在反應(yīng)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(jī)物,促進(jìn)光催化反應(yīng).但當(dāng)子濃度過高時(shí),促進(jìn)作用有所降低.

H2C(反應(yīng)溶液初始pH為2時(shí),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(duì)光催化反應(yīng)有較強(qiáng)的促進(jìn)作用,但隨著 Na2CO3濃度的增長,其促進(jìn)作用呈降低的趨勢(shì).

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

2.2 無機(jī)陽離子對(duì)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(shí)以含有氯化鈉 (與樣品溶液具有相同物質(zhì)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(jié)果見圖2.由圖2可見,Mg2+和 Ca2+在不同濃度下對(duì)磷鎢酸光催化 KGN反應(yīng)略微有促進(jìn)作用;Cu2+對(duì)磷鎢酸光催化活性艷橙脫色反應(yīng)影響不顯著;而Mn2+和Al3+離子對(duì)磷鎢酸光催化反應(yīng)效率存在一定抑制作用.對(duì)于不同陽離子對(duì)磷鎢酸光催化 KGN反應(yīng)的影響機(jī)理有待進(jìn)一步深入研究.

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

3 結(jié)論

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

[1] 朱秀華,朱敏,王煒等,光催化降解活性艷橙脫色降解 [J].大連交通大學(xué)學(xué)報(bào),2009,30(2)∶75—78

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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(xué)精細(xì)化工國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題基金資助 (KF0707).

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