H3cbic-Cd配合物對四種染料降解的研究

李建晴，武世斌，王 翠

(晉中學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院， 山西 晉中 030169)

引言

合成染料現(xiàn)如今被廣泛應(yīng)用于紡織、食品等染料工業(yè)，約有10%在使用過程中以污水形式直接排放掉[1]。復(fù)雜的芳環(huán)結(jié)構(gòu)、化學(xué)穩(wěn)定性高以及生物可降解性低是合成染料的共同特征，同時致突變性、致癌和其它毒性也是多數(shù)染料及代謝中間產(chǎn)物共同具有的特征，因此染料成為重要的環(huán)境污染之一。處理污水染料的傳統(tǒng)方法效率較差，物化法[2]容易產(chǎn)生二次污染且運行成本較高。新興的生物法染料去除率較低[3]且往往伴有腐臭味[4，5]，物理法沒有有效將其降解為無毒小分子物質(zhì)[6]，成本和運行費用高，技術(shù)不成熟[7]沒有被廣泛采用。傳統(tǒng)的化學(xué)方法[8]則由于形成一些有毒有害的副產(chǎn)品，氧化設(shè)備復(fù)雜，處理成本較高，能耗大，對親水性染料的處理效果相對較差。金屬配合物(MOFS)在吸附、催化、光學(xué)方面有很好的應(yīng)用且制備方便，1-(4-苯甲?；?-1H-苯并咪唑-5，6-二乙酸(H3cbic)結(jié)構(gòu)見圖1，由于含有電負(fù)性強的氮原子和末端羧基，所以是一種良好的配體，可以和許多金屬離子形成配合物，H3cbic—Cd配合物具有很好的吸附性[9]。

文章利用H3cbic-Cd具有較好吸附性的特性，采用分光光度法[10，11]對羅丹明B、健那綠、丁基羅丹明B、麗春紅四種染料進(jìn)行了降解實驗研究。實驗方法成本低，操作簡單，有較高的準(zhǔn)確度，運行成本低，對尋求有效降解染料的方法有一定的意義。

圖1 H3cbic的結(jié)構(gòu)

1. 實驗部分

1.1 儀器與試劑

TU-1901雙光束紫外可見分光光度計(北京普析通用儀器有限責(zé)任公司)；UV-1200紫外可見分光光度計(上海美譜達(dá)有限公司)。

健那綠、麗春紅、羅丹明B(天津市北辰方正試劑廠)、丁基羅丹明B(北京化工廠)配成0.01mol/L的儲備液，使用稀釋成3×10-4mol/L。配體(H3cbic)(天津多福源實業(yè)有限公司)，硫酸鎘(北京化工廠)。

1.2 實驗方法

1.2.1 配合物的制備

分析天平稱取0.1g硫酸鎘，吸量管分別量取0.05mLH3cbic，3mL乙腈，4mL水；將上述藥品放入反應(yīng)釜中，玻璃棒攪拌溶解，160℃的烘箱中放置三天后，膠頭滴管吸取反應(yīng)釜中的水分，用酒精沖洗過后晾干，即可制得H3cbic-Cd配合物。

1.2.2 染料與配合物作用

4組比色管，每組2支，用移液管分別量取四種染料溶液各15mL于四組比色管中，測量其初始的吸光度值A(chǔ)0，稱取適量的H3cbic-Cd配合物分別加入到每組的1號比色管中，2號比色管不加作為對照；每隔20分鐘測量各組溶液的吸光度At，直到其吸光度不再發(fā)生變化。配合物對染料不同時間的降解用ΔA=At-A0來表示。

2. 結(jié)果與討論

2.1 丁基羅丹明B的吸收光譜圖及數(shù)據(jù)分析

在λ=400～600 nm的范圍內(nèi)，通過TU—1901雙光束紫外-可見分光光度計掃描丁基羅丹明B溶液的吸收光譜，結(jié)果見圖2，丁基羅丹明B的λmax=556 nm。

圖2 丁基羅丹明B的吸收光譜圖

通過H3cbic-Cd配合物與丁基羅丹明B進(jìn)行作用，同時在它的最大吸收波長下每隔20min測定一次其吸光度變化，從而得知H3cbic—Cd對染料的降解能力，結(jié)果見圖3。

由圖3 H3cbic-Cd配合物與丁基羅丹明B染料作用與染料吸光度隨時間的變化可知,加入H3cbic-Cd配合物對丁基羅丹明B降解的速率較快。

2.2 健那綠的吸收光譜圖及數(shù)據(jù)分析

在λ=500～700 nm的范圍內(nèi)，通過TU—1901雙光束紫外-可見分光光度計掃描健那綠溶液的吸收光譜，結(jié)果見圖4，健那綠的λmax=607 nm。

圖3 丁基羅丹明B吸光度隨時間的變化

圖4 健那綠的吸收光譜圖

通過H3cbic-Cd配合物與健那綠進(jìn)行作用，同時在它的最大吸收波長下每隔20min測定一次其吸光度變化，從而得知H3cbic-Cd對染料的降解能力，結(jié)果見圖5。

圖5 健那綠吸光度隨時間的變化

由圖5 H3cbic-Cd配合物與健那綠染料作用與染料吸光度隨時間的變化可知,加入H3cbic-Cd配合物對健那綠降解的速率更快。

2.3 麗春紅的吸收光譜圖與數(shù)據(jù)分析

在λ=350～600 nm的范圍內(nèi)，通過TU—1901雙光束紫外-可見分光光度計掃描麗春紅溶液的吸收光譜，結(jié)果見圖6，麗春紅的λmax=505 nm。

圖6 麗春紅的吸收光譜圖

通過H3cbic-Cd配合物與麗春紅進(jìn)行作用，同時在它的最大吸收波長下每隔20min測定一次其吸光度變化，從而得知H3cbic-Cd對染料的降解能力，結(jié)果見圖7。

圖7 麗春紅吸光度隨時間的變化

由圖7 H3cbic-Cd配合物與麗春紅染料作用與染料吸光度隨時間的變化可知,加入H3cbic-Cd配合物，對染料麗春紅降解效果不是太明顯。

2.4 羅丹明B的吸收光譜圖與數(shù)據(jù)分析

在λ=450～600 nm的范圍內(nèi)，通過TU—1901雙光束紫外-可見分光光度計掃描羅丹明B溶液的吸收光譜，結(jié)果見圖8，羅丹明B的λmax=556 nm。

圖8 羅丹明B的吸收光譜圖

通過H3cbic-Cd配合物與羅丹明B進(jìn)行作用，同時在它的最大吸收波長下每隔20min測定一次其吸光度變化，從而得知H3cbic-Cd對染料的降解能力，結(jié)果見圖9。

圖9 羅丹明B吸光度隨時間的變化

由圖9 H3cbic-Cd配合物與羅丹明B染料作用與染料吸光度隨時間的變化可知,加入H3cbic-Cd配合物與不加配合物，染料羅丹明B都有降解作用，且二者的降解效率都在11.1%左右，因此加入H3cbic—Cd配合物對染料羅丹明B降解效果也不是太明顯。

2.5 H3cbic-Cd配合物對模擬樣品中四種染料降解的比較

圖10 四種染料降解效果對比圖

將H3cbic-Cd配合物加入四種染料的模擬污水樣品中，測量H3cbic-Cd配合物對污水中四種染料的降解情況，結(jié)果見圖10。結(jié)果表明，加入H3cbic-Cd配合物對麗春紅染料的降解作用不明顯；對羅丹明B染料有降解作用但是與羅丹明B本身降解效率(11.1%)相差不大；加入H3cbic-Cd配合物對染料降解效果最好的染料是丁基羅丹明B和健那綠，但是在染料中加入H3cbic-Cd配合物后，隨著放置時間的延長，配合物對染料的降解效率趨于穩(wěn)定，大約在100min以后，降解作用趨于穩(wěn)定沒有顯著變化。

3. 結(jié)論

通過利用H3cbic-Cd配合物具有較好吸附性的特性，應(yīng)用光度法對羅丹明B、健那綠、丁基羅丹明B、麗春紅四種染料進(jìn)行了不同條件下的降解實驗研究。同時測量了H3cbic-Cd配合物對模擬污水樣品中四種染料的降解實驗研究，結(jié)果表明：H3cbic-Cd配合物在四種染料中降解效率最好的是丁基羅丹明B和健那綠，對于羅丹明B降解效率和自身隨著光照和時間放置降解效率相差不大，對于麗春紅染料的降解效果不明顯。