3D Keggin型杂多蓝光催化降解罗丹明B的研究

2016-12-29费宝丽董亦馨燕庆玲黄申林

东北师大学报（自然科学版） 2016年4期

关键词：罗丹明紫外光配位

费宝丽，董亦馨，燕庆玲，黄申林

(1.南京林业大学化学工程学院，江苏南京 210037；2.南京大学配位化学国家重点实验室，江苏南京 210093)

3D Keggin型杂多蓝光催化降解罗丹明B的研究

费宝丽1，2，董亦馨1，燕庆玲1，黄申林2

(1.南京林业大学化学工程学院，江苏南京 210037；2.南京大学配位化学国家重点实验室，江苏南京 210093)

杂多蓝；光催化；罗丹明B

1 实验部分

1.1 仪器和试剂

仪器：XPA-Ⅶ型光催化反应器；光源为500 W高压汞灯；TU-1901紫外分光光度计.

1.2 光催化性能的研究

在紫外光条件下，用催化剂活化H2O2对模拟染料废水罗丹明B进行降解，利用降解率来评价其光催化降解效果.考察了染料浓度、反应体系的pH值及催化剂用量等因素对罗丹明B降解率的影响，得出最佳的光催化条件.

1.2.1 罗丹明B降解实验过程

在搅拌条件下，向250 mL新配制的罗丹明B溶液中加入一定量的催化剂固体和H2O2，用稀氢氧化钠溶液或稀高氯酸溶液调节配制好的罗丹明B溶液的pH值，避光反应30 min后，利用XPA-Ⅶ型光催化反应器，在紫外光条件下进行降解反应.每隔一定的时间，取样3 mL进行紫外光谱的分析以确定催化结果.

1.2.2 分析方法

利用TU-1901紫外分光光度计在200～650 nm范围内对测试液进行扫描，并测定554 nm处的吸光度值，用测试液的降解率来评价光催化效果.

降解率计算公式为

降解率=((A0-At)/A0)×100%，

其中A0为光照前测试液的吸光度，At为光照时间t时测试液的吸光度.

2 结果与讨论

2.1 晶体结构

图的配位环境

2.2 光催化活性研究

2.2.1 催化剂的投加量对罗丹明B降解率的影响

当罗丹明B溶液的初始浓度为1×10-5mol/L，H2O2的用量为2×10-3mol/L，溶液的初始pH值为2.48，光源为500 W高压汞灯时，催化剂的投加量对罗丹明B降解率的影响如图2所示.由图2可以看出催化剂的投加量对罗丹明B的降解效果有一定的影响，当催化剂的投加量从0.037 8 g/L增加到0.075 6 g/L时，降解率随着催化剂投加量的增加而增加；当催化剂的投加量从0.075 6 g/L增加到1.513 6 g/L时，降解率随着催化剂投加量的增加而逐渐减少.这是因为，一方面单位质量的光催化剂所提供的活性位点是一定的，活性位点会随着催化剂投加量的增加而增多，因此反应速率会随着催化剂投加量的增加而加快；另一方面，催化剂用量大会对光产生散射和屏蔽作用，使得溶液的通透性随着催化剂投加量的增加而变差，影响了催化剂和染料对紫外光的吸收，使得催化效率下降[4].最适宜的催化剂投加量为0.075 6 g/L.

2.2.2 罗丹明B的初始浓度对降解率的影响

改变罗丹明B的初始浓度，其他条件同2.2.1，所得的罗丹明B的初始浓度对降解率的影响如图3所示.降解率随着罗丹明B初始浓度的增加而降低，这是因为一方面增加的罗丹明B会吸收紫外光，从而使H2O2的光解作用受到抑制，同时也会使溶液的透光率降低；另一方面，单位催化剂活性位点上吸附的罗丹明B分子数目增多，也会使催化反应受到抑制[5].两者的协同作用，导致上述结果的出现，因而罗丹明B的初始浓度为1×10-5mol/L比较适宜.

图2 催化剂的投加量对罗丹明B降解率的影响

图3 罗丹明B的初始浓度对降解率的影响

2.2.3 溶液初始pH值对罗丹明B降解率的影响

2.2.4 罗丹明B降解的紫外光谱研究

大量的文献均报道罗丹明B降解过程包括N的去乙基化和共轭结构的破坏2个过程，前者体现为可见光区的最大吸收波长的位移，后者则表现为最大吸收波长强度的降低[8].在光催化反应过程中，罗丹明B的紫外光谱如图5所示，罗丹明B在可见光区的最大吸收波长(554 nm)的强度在90 min内迅速降低并接近零，而且没有新的吸收波长产生，表明罗丹明B的脱色比较彻底而且确实发生了降解反应.

图4 溶液初始pH值对罗丹明B降解率的影响

3 结论

[1] ZHOU W，CAO M，LI N，et al.Ag@AgHPW as a plasmonic catalyst for visible-light photocatalytic degradation of environmentally harmful organic pollutants[J].Mater Res Bull，2013，48：2308-2316.

[2] TUCHER J，NYE L C，IVANOVIC-BURMAZOVIC I，et al.Chemical and photochemical functionality of the first molecular bismuth vanadium oxide[J].Chem Eur J，2012，18：10949-10953.

[3] FEI B L，LI W，WANG J H，et al.A novel 3D inorganic heteropoly blue as visible-light responsive photocatalyst[J].Dalton Trans，2014，43：10005-10012.

[4] JI F，LI C，ZHANG J，et al.Heterogeneous photo-fenton decolorization of methylene blue over LiFe(WO4)2catalyst[J].J Hazard Mater，2011，186：1979-1984.

[5] ZHANG Y，WAN J，KE Y.A novel approach of preparing TiO2films at low temperature and its application in photocatalytic degradation of methyl orange[J].J Hazard Mater，2010，177：750-754.

[6] ALEBOYEH A，MOUSSA Y，ALEBOYEH H.The effect of operational parameters on UV/H2O2decolourisation of acid blue 74[J].Dyes Pigments，2005，66：129-134.

[7] RAUF M A，ASHRAF S S.Radiation induced degradation of dyes-an overview[J].J Hazard Mater，2009，166：6-16.

[8] CHEN C，ZHAO W，LEI P，et al.Photosensitized degradation of dyes in polyoxometalate solutions versus TiO2dispersions under visible-light irradiation mechanistic implications[J].Chem Eur J，2004，10：1956-1965.

(责任编辑：石绍庆)

Study on photocatalytic degradation of rhodamine B by 3D Keggin type heteropolyblue

FEI Bao-li1，2，DONG Yi-xin1，YAN Qing-ling1，HUANG Shen-lin1

(1.College of Chemical Engineering，Nanjing Forestry University，Nanjing 210037，China；2.State Key Laboratory of Coordination Chemistry，Nanjing University，Nanjing 210093，China)