雜多酸 /PANI/SnO2復(fù)合材料光催化降解孔雀石綠

王樹(shù)成，馬榮華

(齊齊哈爾大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，黑龍江 齊齊哈爾 161006)

環(huán)境污染問(wèn)題一直是我們所賴以生存的社會(huì)的重要話題[1]。光催化處理染料廢水技術(shù)能將廢液中所含的有機(jī)污染物沉降分解為無(wú)毒無(wú)害的H2O和CO2等小分子，實(shí)現(xiàn)安全排放的環(huán)境保護(hù)主旨[2]。雜多酸和禁帶寬度為3.6eV的 SnO2都具有光催化降解性能[3-4]，但都只能吸收紫外光，聚苯胺可以使二者的光吸收范圍擴(kuò)大到可見(jiàn)區(qū)[5]。因此本文以雜多酸、二氧化錫和聚苯胺三元復(fù)合材料SiW11Mn/PANI/SnO2為復(fù)合光催化劑，在太陽(yáng)光照射下對(duì)模擬染料孔雀石綠進(jìn)行光催化降解，期望能夠利用太陽(yáng)能來(lái)實(shí)現(xiàn)染料廢水的光催化降解。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器和試劑

pHS-2 型酸度計(jì)(上海大普儀器有限公司)；TU-1901 型雙光束紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)(北京普析通用儀器有限責(zé)任公司)；SiW11Mn/PANI/SnO2實(shí)驗(yàn)室自制。

1.2 光催化實(shí)驗(yàn)方法

將定量的催化劑加入配置好的定濃度的100 mL孔雀石綠溶液中，達(dá)到吸附-脫附平衡后，先在617nm最大吸收波長(zhǎng)處測(cè)初始吸光度A0，然后再在30W的紫外燈下照射200 min，每20 min取一定量的溶液進(jìn)行一次吸光度A的測(cè)定。用孔雀石綠的降解率DC來(lái)體現(xiàn)所合成的SiW11Mn/PANI/SnO2的光催化活性。

DC=(A0-A)/A0× 100%

(1)

式中，A0為光照前溶液吸光度；A為光照后溶液吸光度。

2 結(jié)果與討論

2.1 溶液的初始pH 值對(duì)孔雀石綠光催化降解的影響

將10 mg 的催化劑 SiW11Mn/PANI/SnO2加入濃度為10 mg/L的溶液孔雀石綠中，圖1為pH值影響光催化降解孔雀石綠的效果圖。通過(guò)圖1可以知道，催化劑降解孔雀石綠在pH值=1時(shí)降解率最好，為92.7%。這可能因?yàn)橐躁?yáng)離子為主的孔雀石綠溶液，強(qiáng)酸性條件下更容易被荷負(fù)電性的雜多陰離子吸附，使表面反應(yīng)的催化劑濃度大，導(dǎo)致降解速度越快。

圖1 溶液pH 值對(duì)染料降解效果的影響Fig.1 Effect of solution pH on dye degradation

2.2 染料濃度對(duì)孔雀石綠光催化降解的影響

從圖2可知，在pH=1的不同濃度孔雀石綠中分別加入10 mg 的SiW11Mn/PANI/SnO2時(shí)，當(dāng)孔雀石綠濃度為10 mg/L的狀態(tài)下，SiW11Mn/PANI/SnO2的催化降解效果最好，降解率是90.1%。由于染料分子過(guò)多對(duì)SiW11Mn/PANI/SnO2的表面的遮蓋使光利用率降低，因此，初始濃度增大，孔雀石綠的降解趨勢(shì)也會(huì)下降。

圖2 溶液質(zhì)量濃度對(duì)染料降解效果的影響Fig.2 Effect of Solutionconcentration on dye degradation

2.3 不同催化劑用量對(duì)孔雀石綠光催化降解的影響

調(diào)節(jié)pH=1，孔雀石綠的濃度為10 mg/L，SiW11Mn/PANI/SnO2的投入量對(duì)降解孔雀石綠的影響如圖3。當(dāng)SiW11Mn/PANI/SnO2用量為10 mg，降解效果最佳為90.2%。因?yàn)榇呋瘎㏒iW11Mn/PANI/SnO2用量不足10 mg 時(shí)，反應(yīng)的位點(diǎn)不充足降解率就低，而催化劑用量超過(guò)10 mg/L時(shí)，又超過(guò)了催化劑的最大有效受光面積，形成光屏蔽，使降解效果下降。

圖3 催化劑用量對(duì)染料降解效果的影響Fig.3 Effect of catalyst dosage on dye degradation

2.4 光源對(duì)孔雀石綠光催化降解效果的影響

圖4 不同光源對(duì)染料降解效果的影響Fig.4 Effect of different light sources on dye degradation

調(diào)節(jié)pH值=1，孔雀石綠染料的濃度為10 mg/L、分別加入10 mg 的SiW11Mn/PANI/SnO2，圖4為紫外光和太陽(yáng)光對(duì)染料孔雀石綠的降解效果圖，由圖4可看出，催化劑SiW11Mn/PANI/SnO2在太陽(yáng)光和紫外光下均有很好的光催化降解性能。太陽(yáng)光下對(duì)孔雀石綠的降解效果更好，降解率為96.5%。圖5為不同光源對(duì)孔雀石綠降解的動(dòng)力學(xué)曲線，紫外光和太陽(yáng)光對(duì)孔雀石綠的降解均符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。

圖5 不同光源光降解孔雀石綠的動(dòng)力學(xué)曲線Fig.5 Kinetic curves of photodegradation of malachite green by different light sources

3 結(jié)論

復(fù)合催化劑SiW11Mn/PANI/SnO2在太陽(yáng)光和紫外光下對(duì)孔雀石綠模擬廢水均有很好的光催化降解性能。其進(jìn)行光催化降解的最佳條件是：pH值=1，染料濃度10 mg/L，催化劑投加量為10 mg。此時(shí)的降解率可達(dá)到96.5%。并且降解符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程。

[1] 吳 晴，劉金泉，王 凱，等.高級(jí)氧化技術(shù)在難降解工業(yè)廢水中的研究進(jìn)展[J].水處理技術(shù)，2015，41(11)：25-29.

[2] 劉智武,胡斯翰,蒙 媛,等.印染廢水的多元多相光催化降解[J].印染, 2017，43(2):38-41.

[3] Hora H, Kawasaki E, Kike K,et al. Decomposition of nonrepresentational acid by heterosexuality photocatalyst H3PW12O40in aqueous solution[J].J Moll Cabal A:Chem,2004,211(1/2):35-41.

[4] 王彥宗.導(dǎo)電聚苯胺-二氧化錫納米復(fù)合材料合成及表征研究[D].哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文,2007.

[5] 馬榮華，馬成新，趙春艷，等．α-SiW11Ti/PANI摻雜材料光催化降解剛果紅的研究[J]．化工新型材料，2010，38(11)：83-85.

(本文文獻(xiàn)格式：王樹(shù)成，馬榮華.雜多酸/PANI/SnO2復(fù)合材料光催化降解孔雀石綠[J].山東化工，2018，47(02)：135-136.)