納米光催化劑制備及處理印染廢水分析

林雨冉，曲關(guān)璦

（沈陽師范大學(xué)，遼寧 沈陽 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少會(huì)難以促進(jìn)三氧化鎢與其的復(fù)合，用量過多又會(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

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。