TiO2负载杂多酸光催化降解亚甲基蓝的研究

马旭光

(齐齐哈尔市环境监测中心站，黑龙江 齐齐哈尔 161005)

我国染料废水排放量大，染料种类多，成分杂，色度高已经成为水污染现象中不可忽视的重要污染。目前，光催化剂降解有机物已经成为一种理想的环境污染治理的方法[1-2]。亚甲基蓝是一种可用于麻、丝、纸、竹、木、细菌等方面的很普遍的染料，生产过程中废水未经处理排入水体会造成严重的水污染。杂多酸的能带结构使其具有优异的光催化性能[3]，可以与半导体二氧化钛一起协同提高降解率[4-5]。而且，杂多酸和二氧化钛复合催化剂还难溶于水，可以回收重复使用。本文采用浸渍法合成了β2-SiW12和TiO2复合催化剂β2-SiW12/TiO2研究了不同条件下催化剂降解亚甲基蓝的能力。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

TU-1900型紫外分光光度计(北京普析通用仪器有限责任公司)； pHS-2型酸度计(上海大普仪器有限公司)；可见光分光光度计722(北京普析通用仪器有限责任公司)．β-SiW12/TiO2实验室自制。

1.2 光催化降解实验

向50 mL 30 mg/L的亚甲基蓝溶液中，加入12 mg β-SiW12/TiO2，置于避光处使达到吸附脱附平衡，用紫外灯(15W)照射150 min，每间隔一定时间取样分析，测定波长在664nm处其吸光度。溶液的脱色率(DC)=[A0-A/A0〗]×100%，其中A0为溶液未光照时测得的吸光度，A为溶液经过光照后测得的吸光度。

2 结果与讨论

2.1 避光吸附-脱附实验

量取50 mL 30 mg/L的亚甲基蓝溶液置与小烧杯中并加入12 mg的β-SiW12/TiO2，放在暗处避光吸附，每吸附10 min取样离心，离心后的上层清液在亚甲基蓝溶液的最大吸收波长664nm下测其吸光度值，并计算脱色率。由图1可以看出，亚甲基蓝溶液在暗处吸附50 min后脱色率就基本不再改变了，达到了吸附-脱附平衡。因此，在进行光催化实验前都将反应体系置于避光环境50 min，达到吸附脱附平衡后再进行光照，并将达吸附平衡时的吸光度值作为初始吸光度值。

图1 β-SiW12/TiO2的吸附-脱附Fig.1 The adsorption-desorption of β-SiW12/TiO2

2.2 β2-SiW12/TiO2的用量对光催化活性的影响

分别量取50 mL 30 mg/L的亚甲基蓝溶液倒入5个小烧杯中，各加入β-SiW12/TiO2催化剂 6 mg、8 mg、10 mg、12 mg、14 mg，超声5 min后避光吸附50 min，取上层清液在664nm处测定其吸光度。然后再置于紫外灯下照射150 min。间隔15 min取上层清液在664nm处测其吸光度值，计算脱色率。由图2表明，β-SiW12/TiO2的量为12 mg时脱色率最大，可达到82.83%。这是因为加入的β-SiW12/TiO2催化剂量少时，光能利用率低导致产生的光生电子少，脱色率低。而催化剂太多时又会产生遮蔽作用，从而使一部分β-SiW12/TiO2催化剂得不到光的照射而导致光催化活性下降。所以选择12 mg为最佳催化剂用量。

图2 β-SiW12/TiO2的用量对脱色率的影响Fig.2 Influence of the β-SiW12/TiO2 dosage on decolorization rate

图3 溶液pH值对脱色率的影响Fig.3 Influence of initial pH on decolorization rate

2.3 溶液pH值对光催化活性的影响

分别量取50 mL 30 mg/L的亚甲基蓝于5个烧杯中，分别将溶液pH值调至2、4、6、8和10，各加入12 mg的β-SiW12/TiO2，紫外灯照射150 min条件下，pH值的影响结果如图3。

由图3可见，在pH值不断变化过程中，酸性太强或碱性太强都会使亚甲基蓝溶液的降解率降低，当溶液的pH值为6时，脱色率最大达82.83%，因此最佳酸度选为pH值=6。

2.4 不同光源对亚甲基蓝降解的影响

调节30 mg/L的亚甲基蓝溶液pH值为6，测其吸光度，取3份，分别加入12 mg的β-SiW12/TiO2，将其进行超声避光吸附50 min后，其中1份放置在自然光下照射150 min，1份在15W紫外灯下照射150 min，1份避光150 min，分别每隔15 min取一定量的上层清液，在664nm最大吸收波长下测定吸光度，计算溶液脱色率。结果如图4所示。

图4 不同的光源对亚甲基蓝脱色率的影响Fig.4 Influence on decolorization rate of methylene blue by different light

由图4可知，在初始浓度与催化剂用量和pH值都相同的条件下，对染料进行避光150min，脱色率仅为11.62%，这是因为在催化剂投放后的50min内已经达到吸附脱附平衡，在没有任何光照的条件下基本不会继续降解。只在15W紫外灯下照射时脱色率为82.83%，而太阳光照射的降解效果略好于紫外灯照射的降解效果，脱色率达86.79%，这是因为太阳光中除了含有紫外光外外还含有可见光和红外线，在共同作用下使降解效果有所提高。

2.5 β-SiW12/TiO2最佳条件下降解亚甲基蓝的动力学研究

量取初始浓度为30 mg/L的亚甲基蓝 50 mL，该溶液置与小烧杯中，投加12 mg的β-SiW12/TiO2，调节pH值=6，并放置紫外光下照射。实验结果如图5，可以看出ln(c0/ct)～t具有很好的线性关系，说明光催化降解亚甲基蓝符合一级反应动力学Ln(c0/ct)～kt。其线性方程为ln(c0/ct)= 0.24142+0.00914t，R=0.98208。求得该反应速率常数为k=0.00914。

图5 β-SiW12/TiO2光催化降解亚甲基蓝的动力学研究Fig.5 Kinetics of degradation of methylene blue photocatalyzed byβ-SiW12/TiO2

3 结论

半导体二氧化钛负载的杂多酸催化剂β-SiW12/TiO2对亚甲基蓝降解具有较高的光催化活性，当催化剂β-SiW12/TiO2加入量为12 mg，亚甲基蓝的初始浓度为30 mg/L，pH值=6时，太阳光照射下脱色率达到86.79%。不同光源相比较，

太阳光比紫外光照射下具有更好的催化性能。合成的催化剂β-SiW12/TiO2容易制备，催化活性高，用量小，可以利用太阳能，具有较好的发展前景。

[1] 陈 琳，杨苏东，王传义，等. 二氧化钛光催化材料及其改性技术研究进展[J].离子交换与吸附，2013，29(1)：86-96.

[2] 周华锋，李文泽，张丽清.多孔二氧化钛负载型硅钨杂多酸的制备与表征[J].天津师范大学学报，2014，34(2):89-92.

[3] 王伟平，张义军，杨水金.杂多酸光催化降解染料废水的研究进展[J].化工文摘，2009，25(4)：52-55.

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[5] 周化岚，吴 莎，邹 忠，等.杂多酸( 盐) 掺杂TiO2制备新型复合光催化剂的研究进展[J].材料导报，2010，24(6)：17-20.

(本文文献格式：马旭光.TiO2负载杂多酸光催化降解亚甲基蓝的研究[J].山东化工，2018，47(02)：144-145，148.)