β2-SiW11Mn/TiO2光催化降解亚甲基蓝

杨明睿，马荣华

(齐齐哈尔大学 化学与化学工程学院，黑龙江 齐齐哈尔 161000)

随着世界各国工业和社会的发展，在生产中会排放大量的有害物质，水污染的现象也日益严重，它对人类健康、经济和社会可持续发展造成重大影响[1]。因此，有机污染物的降解一直是水污染治理领域的一个重要课题。

近年来，由于杂多酸作为光催化剂具有无毒、结构稳定、不腐蚀破坏设备等特征而被广泛应用于水污染处理[2-3]的研究中，具有诱人的前景，而将杂多酸通过浸渍的方法负载到一些载体上，可以增加杂多酸的比表面积，同时可以提高催化活性[4-5]，并且可以降低生产成本，提高了产品的质量。因此，杂多酸化合物在催化降解领域作为光催化剂起着重要作用。TiO2纳米半导体材料是光催化领域中应用最广泛的材料之一[6-7]，其化学稳定性好。将太阳能与水污染治理结合起来，而被人们重视研究[8]。其中，锐钛矿型TiO2具有更好的催化活性[9]。本文研究β2-SiW11Mn/TiO2光催化剂对亚甲基蓝染料的降解性能。

1 实验部分

1.1 主要试剂及仪器

TU-1901型双光束紫外-可见分光光度计(北京普析公司)，722 型光栅分光光度计(巩义市予华仪器有限责任公司；磁力加热搅拌器(DF-▯集热器型)(巩义市予华仪器有限责任公司)，β2-SiW11Mn/TiO2(实验室自制)，其它试剂均为市售分析纯。

1.2 降解实验

在一定体积一定浓度的亚甲基蓝溶液中加入适量β2-SiW11Mn/TiO2催化剂，暗处避光30 min后，在30 W紫外灯下照射，间隔一定时间取样，在其最大波长处测定吸光度，计算降解率。降解率由DC=(A0-A)/A0×100%计算，Ao表示光照前溶液吸光度，A表示光照后溶液吸光度。

2 结果与讨论

2.1 初始浓度对亚甲基蓝降解的影响

各配置100 mL不同浓度(5、10、15、20、25、30mg/L)的亚甲基蓝溶液，将pH值调节至3，加入相同量的0.005 g催化剂，超声处理，照射一定时间后，取样并离心5 min，测量染料的吸光度值并计算降解率。从图1中可以看出，当亚甲基蓝的初始浓度为10 mg/L时，降解率可达90%，浓度越高覆盖的面积越大，导致催化剂活性降低。

图1 不同初始浓度对亚甲基蓝降解的影响Fig.1 Effect of different initial concentrations on degradation of methylene blue

2.2 pH值对亚甲基蓝降解的影响

准备100 mL相同浓度的10 mg/L亚甲基蓝溶液，用酸和碱溶液分别调节pH值至2、4、6、8、10、12，加入相同量的0.005 g催化剂，超声处理，照射一定时间后，取样并离心5 min，测量染料的吸光度值并计算降解率。从图2中可看出，当染料pH值为2时，催化剂对亚甲基蓝的降解效果最好。随着溶液碱性的增强，会导致杂多酸性质结构发生改变，使得降解效果减弱。

图2 不同pH值对亚甲基蓝的降解影响Fig.2 Effect of different pH on the degradation of methylene blue

2.3 不同催化剂用量对亚甲基蓝降解的影响

准备100 mL相同浓度的10 mg/L亚甲基蓝溶液，pH值为2，加入不同量的催化剂(0.0025、0.0050、0.0075、0.0100、0.0125、0.0150g)，照射一定时间后，取样并离心5 min，测量染料的吸光度值并计算降解率。从图3中可看出，当催化剂的量为0.0050 g时，复合催化剂对亚甲基蓝的降解效果最好。降解效率达到81.3%。

图3 不同催化剂用量对亚甲基蓝降解的影响Fig.3 Effect of different catalyst amounts on degradation of methylene blue

2.4 不同照射光源下催化剂对染料的降解

准备2份100 mL 10 mg/L亚甲基蓝溶液，调节酸度为2，加入相同量的0.0050 g催化剂，将溶液超声处理，分别将两烧杯的亚甲基蓝置于紫外线和太阳光下200 min。从图4可以看出，在相同条件下，紫外光下的降解率为86.5%。太阳光下的降解率为89.3%，太阳光对染料的降解效果优于紫外光。

图4 不同照射光源对亚甲基蓝降解率的影响Fig.4 Effect of different irradiation sources on the degradation rate of methylene blue

3 结论

SiW11Mn/TiO2复合催化剂降解亚甲基蓝的最佳条件是：亚甲基蓝初始浓度为10 mg/L，pH值为2，催化剂用量为5 mg时，UV光为200 min，催化剂对染料的降解率可达86.5%。在相同条件下，经过200 min的太阳光照射后，催化剂对染料的降解率可达到89.3%。可以看出，太阳光对染料的降解效果优于紫外光。