TiO2負載雜多酸光催化降解亞甲基藍的研究

馬旭光

(齊齊哈爾市環(huán)境監(jiān)測中心站，黑龍江 齊齊哈爾 161005)

我國染料廢水排放量大，染料種類多，成分雜，色度高已經(jīng)成為水污染現(xiàn)象中不可忽視的重要污染。目前，光催化劑降解有機物已經(jīng)成為一種理想的環(huán)境污染治理的方法[1-2]。亞甲基藍是一種可用于麻、絲、紙、竹、木、細菌等方面的很普遍的染料，生產(chǎn)過程中廢水未經(jīng)處理排入水體會造成嚴重的水污染。雜多酸的能帶結(jié)構(gòu)使其具有優(yōu)異的光催化性能[3]，可以與半導體二氧化鈦一起協(xié)同提高降解率[4-5]。而且，雜多酸和二氧化鈦復合催化劑還難溶于水，可以回收重復使用。本文采用浸漬法合成了β2-SiW12和TiO2復合催化劑β2-SiW12/TiO2研究了不同條件下催化劑降解亞甲基藍的能力。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

TU-1900型紫外分光光度計(北京普析通用儀器有限責任公司)； pHS-2型酸度計(上海大普儀器有限公司)；可見光分光光度計722(北京普析通用儀器有限責任公司)．β-SiW12/TiO2實驗室自制。

1.2 光催化降解實驗

向50 mL 30 mg/L的亞甲基藍溶液中，加入12 mg β-SiW12/TiO2，置于避光處使達到吸附脫附平衡，用紫外燈(15W)照射150 min，每間隔一定時間取樣分析，測定波長在664nm處其吸光度。溶液的脫色率(DC)=[A0-A/A0〗]×100%，其中A0為溶液未光照時測得的吸光度，A為溶液經(jīng)過光照后測得的吸光度。

2 結(jié)果與討論

2.1 避光吸附-脫附實驗

量取50 mL 30 mg/L的亞甲基藍溶液置與小燒杯中并加入12 mg的β-SiW12/TiO2，放在暗處避光吸附，每吸附10 min取樣離心，離心后的上層清液在亞甲基藍溶液的最大吸收波長664nm下測其吸光度值，并計算脫色率。由圖1可以看出，亞甲基藍溶液在暗處吸附50 min后脫色率就基本不再改變了，達到了吸附-脫附平衡。因此，在進行光催化實驗前都將反應(yīng)體系置于避光環(huán)境50 min，達到吸附脫附平衡后再進行光照，并將達吸附平衡時的吸光度值作為初始吸光度值。

圖1 β-SiW12/TiO2的吸附-脫附Fig.1 The adsorption-desorption of β-SiW12/TiO2

2.2 β2-SiW12/TiO2的用量對光催化活性的影響

分別量取50 mL 30 mg/L的亞甲基藍溶液倒入5個小燒杯中，各加入β-SiW12/TiO2催化劑 6 mg、8 mg、10 mg、12 mg、14 mg，超聲5 min后避光吸附50 min，取上層清液在664nm處測定其吸光度。然后再置于紫外燈下照射150 min。間隔15 min取上層清液在664nm處測其吸光度值，計算脫色率。由圖2表明，β-SiW12/TiO2的量為12 mg時脫色率最大，可達到82.83%。這是因為加入的β-SiW12/TiO2催化劑量少時，光能利用率低導致產(chǎn)生的光生電子少，脫色率低。而催化劑太多時又會產(chǎn)生遮蔽作用，從而使一部分β-SiW12/TiO2催化劑得不到光的照射而導致光催化活性下降。所以選擇12 mg為最佳催化劑用量。

圖2 β-SiW12/TiO2的用量對脫色率的影響Fig.2 Influence of the β-SiW12/TiO2 dosage on decolorization rate

圖3 溶液pH值對脫色率的影響Fig.3 Influence of initial pH on decolorization rate

2.3 溶液pH值對光催化活性的影響

分別量取50 mL 30 mg/L的亞甲基藍于5個燒杯中，分別將溶液pH值調(diào)至2、4、6、8和10，各加入12 mg的β-SiW12/TiO2，紫外燈照射150 min條件下，pH值的影響結(jié)果如圖3。

由圖3可見，在pH值不斷變化過程中，酸性太強或堿性太強都會使亞甲基藍溶液的降解率降低，當溶液的pH值為6時，脫色率最大達82.83%，因此最佳酸度選為pH值=6。

2.4 不同光源對亞甲基藍降解的影響

調(diào)節(jié)30 mg/L的亞甲基藍溶液pH值為6，測其吸光度，取3份，分別加入12 mg的β-SiW12/TiO2，將其進行超聲避光吸附50 min后，其中1份放置在自然光下照射150 min，1份在15W紫外燈下照射150 min，1份避光150 min，分別每隔15 min取一定量的上層清液，在664nm最大吸收波長下測定吸光度，計算溶液脫色率。結(jié)果如圖4所示。

圖4 不同的光源對亞甲基藍脫色率的影響Fig.4 Influence on decolorization rate of methylene blue by different light

由圖4可知，在初始濃度與催化劑用量和pH值都相同的條件下，對染料進行避光150min，脫色率僅為11.62%，這是因為在催化劑投放后的50min內(nèi)已經(jīng)達到吸附脫附平衡，在沒有任何光照的條件下基本不會繼續(xù)降解。只在15W紫外燈下照射時脫色率為82.83%，而太陽光照射的降解效果略好于紫外燈照射的降解效果，脫色率達86.79%，這是因為太陽光中除了含有紫外光外外還含有可見光和紅外線，在共同作用下使降解效果有所提高。

2.5 β-SiW12/TiO2最佳條件下降解亞甲基藍的動力學研究

量取初始濃度為30 mg/L的亞甲基藍 50 mL，該溶液置與小燒杯中，投加12 mg的β-SiW12/TiO2，調(diào)節(jié)pH值=6，并放置紫外光下照射。實驗結(jié)果如圖5，可以看出ln(c0/ct)～t具有很好的線性關(guān)系，說明光催化降解亞甲基藍符合一級反應(yīng)動力學Ln(c0/ct)～kt。其線性方程為ln(c0/ct)= 0.24142+0.00914t，R=0.98208。求得該反應(yīng)速率常數(shù)為k=0.00914。

圖5 β-SiW12/TiO2光催化降解亞甲基藍的動力學研究Fig.5 Kinetics of degradation of methylene blue photocatalyzed byβ-SiW12/TiO2

3 結(jié)論

半導體二氧化鈦負載的雜多酸催化劑β-SiW12/TiO2對亞甲基藍降解具有較高的光催化活性，當催化劑β-SiW12/TiO2加入量為12 mg，亞甲基藍的初始濃度為30 mg/L，pH值=6時，太陽光照射下脫色率達到86.79%。不同光源相比較，

太陽光比紫外光照射下具有更好的催化性能。合成的催化劑β-SiW12/TiO2容易制備，催化活性高，用量小，可以利用太陽能，具有較好的發(fā)展前景。

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(本文文獻格式：馬旭光.TiO2負載雜多酸光催化降解亞甲基藍的研究[J].山東化工，2018，47(02)：144-145，148.)