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陽離子染料溶液的光催化氧化降解研究
集萃印花網(wǎng)  2011-02-26

    【集萃網(wǎng)觀察】前言

  廢水的處理方法主要有分離處理、稀釋處理和轉(zhuǎn)化處理。前兩種屬于物理方法,后一種屬于化學方法。物理方法一般只是簡單地改變污染物的存在形式,不能從根本上解決污染。例如,分離處理只是將污染物從一相轉(zhuǎn)成另一相,并沒將污染物真正無害化,有時還可能存在二次污染;稀釋處理只是通過稀釋廢水來降低廢水的一些污染指標,既未將污染物分離,也沒有改變污染物的化學性質(zhì);而轉(zhuǎn)化處理則是通過化學或生化作用改變污染物的分子結(jié)構(gòu),使其轉(zhuǎn)化為無害的或可分離的物質(zhì)。

  近20 年來逐漸發(fā)展起來的光催化降解技術(shù)是一種綠色的、廉價的、徹底的污染物處理技術(shù)。目前,用于光催化降解環(huán)境污染物的最受關(guān)注的催化劑主要是半導體催化劑TiO2。其催化活性高、穩(wěn)定性好,對人體無害,可以重復使用。

  與大粒徑的TiO2顆粒比較,納米級的TiO2催化活性更高,具有以下特點:

  (1)表面原子多,光吸收效率高;

 。2)催化劑表面光生載流子濃度高;

 。3)光生電子和光生空穴的復合幾率小;

  (4)表面吸附的OH - 多,有利于產(chǎn)生較多的羥基自由基。

  此外,納米TiO2粒子因尺寸量子效應,導帶和價帶能級由連續(xù)變?yōu)榉蛛x,能隙增大,導帶電位更低,價帶電位更高,增強了TiO2的氧化還原能力,其光催化降解活性和廣譜性也隨之加強。

  1 試驗

  1. 1 藥劑與儀器

  1. 1. 1 藥劑

  陽離子桃紅FGH、納米TiO2(自制[1],粒徑范圍5 ~ 20 nm),其它試劑均為市售(化學純)。

  1. 1. 2 儀器

  旋轉(zhuǎn)式石英光解儀(江蘇省環(huán)境科學研究所);有機碳測定儀TOC-500(日本Shimadzu 公司);Uvilon 810 紫外可見分光光度儀(瑞士);高壓汞燈:功率125 W,主波長365 nm(上海亞明燈泡廠)。

  1. 2 試驗方法

  在石英試管(內(nèi)徑2. 5 cm、長15 cm)中加入已配制的染料溶液,再加入TiO2催化劑,在旋轉(zhuǎn)式光解儀中用高壓汞燈照射。

  高壓汞燈置于石英玻璃冷卻套管內(nèi),冷卻套管固定在反應器中央,套管的夾層中通有冷卻水,通過調(diào)節(jié)冷卻水的流量以消除高壓汞燈的熱效應,使反應器內(nèi)溶液溫度恒定。

  高壓汞燈距石英試管10 cm。石英試管在電機帶動下旋轉(zhuǎn),以使溶液受紫外光照射均勻。光照一定時間后取出,用離心機離心,使TiO2與溶液分離,取上層清液進行分析。

  1. 3 分析方法

  1. 3. 1 脫色率

  用紫外可見分光光度計對處理前后的溶液在200 ~ 800 nm范圍內(nèi)進行吸光度測定,然后根據(jù)最大吸收處的吸光度來計算脫色率:

  

  式中:A前——— 染料溶液降解前的吸光度值

  A后——— 染料溶液降解后的吸光度值。

  1. 3. 2 TOC 去除率

  采用有機碳測定儀測定降解前后溶液的TOC 值,計算TOC 去除率,以確定染料降解程度:

  

  其中,TOC前和TOC后分別為染料溶液降解前后的TOC 值。

  2 試驗結(jié)果

  2. 1 pH 值對染料脫色率的影響

  在200 mg / L 染料溶液中,以1 : 3 的HCl 和100 g / L的NaOH 分別調(diào)節(jié)染料溶液的pH 值為2、4、6、9、12;加入納米TiO2( 添加量500 mg / L );光照240 min。其pH 值對陽離子染料的脫色情況見圖1。

  

  從圖1 看出,溶液pH 值對染料脫色影響較大。中性時脫色效果較差,酸性和堿性條件脫色效果較好。

  在酸性環(huán)境下,溶液中的H + 通過下列方式轉(zhuǎn)化為羥基自由基:

  

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