水熱法合成納米CuO對活性艷紅染料廢水的催化降解

梁玉蘭

（閩西職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 龍巖 364021）

印染廢水具有有機污染物含量高、含鹽度高、污染性強等特點，難以用常規(guī)的物理或生物方式降解處理，是廢水處理的技術(shù)難題[1]。很多新材料的應(yīng)用使得水處理技術(shù)得到迅速發(fā)展[2]。納米CuO因具有小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等特殊的功能性[3]，且反應(yīng)條件溫和、耗能低、無二次污染、操作簡單方便，在污水處理中能起到良好的效果。

目前，納米CuO的合成方法有固相反應(yīng)法、沉淀法、水熱法等[4]。本實驗根據(jù)文獻[5-6]，采用水熱法合成納米CuO，進行活性艷紅染料廢水催化降解研究[7]。

1 實驗部分

1.1 儀器及試劑

儀器：TU-1950型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），DHG907A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 （上海精宏實驗室設(shè)備有限公司），F(xiàn)A2204B型電子天平 （上海箐海儀器有限公司），SHB-Ⅲ循環(huán)水式多用真空泵（鄭州長城科工貿(mào)有限公司），TGL-16型離心機（金壇市博科試驗設(shè)備研究所），JB-10磁力攪拌器 （上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司）。

試劑：醋酸銅（分析純，中國醫(yī)藥（集團）上?；瘜W(xué)試劑公司國藥集團化學(xué)試劑有限公司），過氧化鈉（分析純，天津化學(xué)試劑研究所），活性艷紅（分析純，上海穎心實驗室設(shè)備有限公司）。

1.2 納米CuO系列材料的合成

1.2.1 CuO（Ⅰ）的合成

①稱取1.20 g醋酸銅于燒杯中，加入200 mL蒸餾水，攪拌至基本溶解。②稱取1.56 g過氧化鈉于燒杯，緩慢加入200 mL蒸餾水，攪拌至完全溶解。③將步驟②的過氧化鈉溶液逐滴加入到步驟①的醋酸銅溶液中，置于攪拌器上攪拌5 h。④將步驟③生成的溶液真空抽濾10 min。為提高固體物純度，在抽濾過程中用蒸餾水洗滌固體物3次，每次10 mL。⑤將抽濾后的固體物在干燥箱中于60℃下干燥6 h，移入干燥器中冷卻至室溫后，磨成粉末備用。

1.2.2 CuO（Ⅱ）的合成

①稱取1.20 g醋酸銅于燒杯中，加入200 mL蒸餾水，攪拌至基本溶解。②稱取1.56 g過氧化鈉于燒杯，加入200 mL蒸餾水，攪拌至完全溶解。③將步驟②的過氧化鈉溶液逐滴加入到步驟①的醋酸銅溶液中，置于攪拌器上攪拌8 h。④將步驟③生成的溶液真空抽濾10 min。為提高固體物純度，在抽濾過程中用蒸餾水洗滌固體物3次，每次10 mL。⑤將抽濾后的固體物在干燥箱中于60℃下干燥6 h，移入干燥器中冷卻至室溫后，磨成粉末備用。

1.2.3 CuO（Ⅲ）的合成

①稱取1.20 g醋酸銅于燒杯中，加入200 mL蒸餾水，攪拌至基本溶解。②稱取1.56 g過氧化鈉于燒杯，加入200 mL蒸餾水，攪拌至完全溶解。③將步驟②的過氧化鈉溶液逐滴加入到步驟①的醋酸銅溶液中，置于攪拌器上攪拌10 h。④將步驟③生成的溶液真空抽濾10 min。為提高固體物純度，在抽濾過程中用蒸餾水洗滌固體物3次，每次10 mL。⑤將抽濾后的固體物在干燥箱中于60℃下干燥6 h，移入干燥器中冷卻至室溫后，磨成粉末裝袋備用。

1.2.4 CuO（Ⅳ）的合成

①稱取0.80 g醋酸銅于燒杯中，加入200 mL蒸餾水，攪拌至基本溶解。②稱取1.56 g過氧化鈉于燒杯，加入200 mL蒸餾水，攪拌至完全溶解。③將步驟②的過氧化鈉溶液逐滴加入到步驟①的醋酸銅溶液中，置于攪拌器上攪拌5 h。④將步驟③生成的溶液真空抽濾10 min。為提高固體物純度，在抽濾過程中用蒸餾水洗滌固體物3次，每次10 mL。⑤將抽濾后的固體物在干燥箱中于60℃下干燥6 h，移入干燥器中冷卻至室溫后，磨成粉末裝袋備用。

1.2.5 CuO（Ⅴ）的合成

①稱取0.40 g醋酸銅于燒杯中，加入200 mL蒸餾水，攪拌至基本溶解。②稱取1.56 g過氧化鈉于燒杯，加入200 mL蒸餾水，攪拌至完全溶解。③將步驟②的過氧化鈉溶液逐滴加入到步驟①的醋酸銅溶液中，置于攪拌器上攪拌5 h。④將步驟③生成的溶液真空抽濾10 min。為提高固體物純度，在抽濾過程中用蒸餾水洗滌固體物3次，每次10 mL。⑤將抽濾后的固體物在干燥箱中于60℃下干燥6 h，移入干燥器中冷卻至室溫后，磨成粉末備用。

1.3 活性艷紅溶液測定原理

利用紫外-可見光度法測定活性艷紅溶液，其在波長539 nm具有最大吸收。吸收的程度正比于溶液中活性艷紅的濃度。廢水中活性艷紅去除率（η）計算公式如下：

式中：A0—起始吸光度值；A—測量吸光度值

2 結(jié)果討論與分析

本實驗根據(jù)印染廢水治理工程中常見廢水濃度，選擇20 mg/L的活性艷紅染料廢水進行研究。采用上述方法合成的納米CuO系列催化降解廢水中的活性艷紅染料，通過測量催化降解前、后廢水中活性艷紅的吸光度，研究不同納米CuO的催化降解性能。

2.1 合成時間不同的納米CuO投加量對活性艷紅去除率的影響

取21支50 mL比色管，分成3組，每組7支。取20 mg/L活性艷紅溶液10 mL于每支比色管中。在第1組、第2組和第3組的比色管中分別加入CuO（Ⅰ）、CuO（Ⅱ）和 CuO（Ⅲ），加入量分別為 0 、4 、6 、8、10 、12 、14 mg，搖勻。 靜置 2 h，取 5 mL 上清液離心10 min，在539 nm波長處測量溶液吸光度值。CuO（Ⅰ）、CuO（Ⅱ）、CuO（Ⅲ）的不同投加量對活性艷紅去除情況見表1、圖1。

由表1和圖1可知，活性艷紅的去除率隨CuO（Ⅰ）、CuO（Ⅱ）、CuO（Ⅲ）投加量的增加而增大；投加量相同時，CuO（Ⅲ）對活性艷紅的去除率最大；當(dāng)CuO（Ⅰ）、CuO（Ⅱ）、CuO（Ⅲ）的投加量都為 14 mg時，活性艷紅的去除率均能達(dá)到97%以上，但投加量進一步增加，對活性艷紅去除率的影響差別不明顯。因此，處理10 mL濃度為20 mg/L活性艷紅染料廢水時，納米CuO的最佳用量為14 mg。

2.2 不同醋酸銅與過氧化鈉摩爾濃度比合成的納米CuO對活性絕紅去除率的影響

取21支50 mL比色管，分成3組，每組7支。取20 mg/L活性艷紅溶液10 mL于比色管中。在第1組、第2組和第3組的比色管中分別加入CuO（Ⅰ）、CuO（Ⅳ）和 CuO（Ⅴ），加入量分別為 0 、4 、6、8、10、12、14mg，搖勻。 靜置2h，取5mL上清液離心10min，在539 nm波長處測量吸光度值。CuO （Ⅰ）、CuO（Ⅳ）、CuO（Ⅴ）的投加量對活性艷紅去除情況見表2、圖 2。

表 1 CuO（Ⅰ）、CuO（Ⅱ）、CuO（Ⅲ）投加量對活性艷紅去除率的影響

圖1 CuO（Ⅰ）、CuO（Ⅱ）、CuO（Ⅲ）的投加量對活性艷紅去除率的影響

表2 不同醋酸銅與過氧化鈉摩爾濃度比合成的納米CuO投加量對活性絕紅去除率的影響

由表2和圖2可知，活性艷紅的去除率隨納米CuO投加量的增加而增大；當(dāng) CuO（Ⅰ）、CuO（Ⅳ）、CuO（Ⅴ）的投加量相同時，合成反應(yīng)中醋酸銅與過氧化鈉摩爾濃度比較小時合成的CuO（Ⅴ）對活性艷紅的去除率最大；當(dāng) CuO（Ⅰ）、CuO（Ⅳ）、CuO（Ⅴ）的投加量都為14 mg時，活性艷紅的去除率均能達(dá)到97%以上，CuO（Ⅴ）對活性艷紅去除率高達(dá)99.69%；納米CuO投加量超過14 mg，對活性艷紅去除率的影響差別不明顯；1 g CuO（Ⅴ）可催化降解廢水中活性艷紅的量為13.88 mg。

圖2 CuO（Ⅰ）、CuO（Ⅳ）、CuO（Ⅴ）的投加量對活性艷紅去除率的影響

3 樣品分析

本實驗選擇合成時間最短、反應(yīng)物中醋酸銅與過氧化鈉摩爾濃度比較小條件下合成的CuO（Ⅴ）進行活性艷紅催化降解實驗。

取20 mg/L活性艷紅溶液10 mL于比色管中，各加入 14 mg CuO（V），搖勻。分別靜置 0、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、110、120 min。 各取 5 mL靜置后的上清液離心10 min，在539 nm波長處測量吸光度值。不同靜置時間下CuO（Ⅴ）對活性艷紅的去除情況見圖3。

由圖3可知，CuO（V）投加量相同時，活性艷紅的去除率隨著靜置時間的增加逐漸增大，當(dāng)靜置時間100 min時，活性艷紅的去除率達(dá)到99.01%，并趨于穩(wěn)定?？梢姡珻uO（V）處理10 mL濃度為20 mg/L活性艷紅染料廢水時，最佳催化降解時間為100min。

圖3 不同靜置時間下CuO（Ⅴ）對活性艷紅去除率的影響

4 結(jié)論

（1）合成反應(yīng)中，醋酸銅與過氧化鈉摩爾濃度比相同時，合成時間越長納米CuO對活性艷紅催化降解效果越好；合成時間相同時，較小的醋酸銅與過氧化鈉摩爾濃度比合成的納米CuO對活性艷紅催化降解效果較好。

（2）活性艷紅染料的去除率隨著納米CuO投加量的增加而增大。處理10 mL濃度為20 mg/L活性艷紅染料廢水時，納米CuO的最佳投加量為14 mg，1 g CuO（Ⅴ）可催化降解廢水中活性艷紅染料的量為13.88 mg。

（3）采用合成時間最短、醋酸銅與過氧化鈉摩爾濃度比較小合成的CuO（Ⅴ）催化降解活性艷紅染料廢水，當(dāng)CuO（V）的投加量相同時，活性艷紅的去除率隨著靜置時間的增加逐漸增大。當(dāng)靜置時間為100 min時，活性艷紅的去除率達(dá)到峰值，表明CuO（V）對活性艷紅染料的最佳催化降解時間為100min。