Dawson結構磷鎢釩雜多酸的表征及其光催化性能

柳閩生，曹小華，翁璐云，徐常龍，錢祝進

（1. 南京曉莊學院 生物化工與環境工程學院， 江蘇 南京 211171；2. 九江學院 化學與環境工程學院，江西 九江 332005）

材料與藥劑

Dawson結構磷鎢釩雜多酸的表征及其光催化性能

柳閩生1，曹小華2，翁璐云1，徐常龍2，錢祝進1

（1. 南京曉莊學院 生物化工與環境工程學院， 江蘇 南京 211171；2. 九江學院 化學與環境工程學院，江西 九江 332005）

通過FTIR、UV、循環伏安法對自制的Dawson結構磷鎢釩雜多酸催化劑的結構及電化學性能進行表征。以甲基橙溶液模擬工業染料廢水，考察了磷鎢釩雜多酸光催化降解性能的影響因素。實驗結果表明：自制磷鎢釩雜多酸具有Dawson結構，表現出良好的電化學性能；在磷鎢釩雜多酸加入量為1.5 g/L、初始甲基橙質量濃度為10 mg/L、紫外燈功率為500 W的條件下，經紫外光照射200 min，甲基橙降解率可達98.3%。

磷鎢釩雜多酸；Dawson結構；甲基橙；光催化；降解

雜多化合物（HPC）是一類性能優異、環境友好的催化新材料，具有催化活性高、選擇性好、反應條件溫和等優點，可用作酸性、氧化性或雙功能催化劑［1］。目前，在采用納米材料作為光催化劑降解生活污水和生產廢水的方法中，以TiO2、ZnO和SnO2作為光催化劑的研究較為多見［2-7］。由于TiO2對太陽能的利用率很低，人們開始研究以與TiO2具有相似性質的雜多酸作為光催化劑降解有機污染物［8-9］。雜多酸（鹽）光催化氧化法具有節能、高效、高選擇性、操作條件易控、氧化能力強、徹底降解污染物而無二次污染等優點［9］。有關Keggin結構雜多酸光催化降解有機污染物的研究較多［10-13］。與Keggin結構雜多酸相比，Dawson結構雜多酸往往表現出更強的催化活性［1，14］。但有關Daw son結構雜多酸光催化降解有機污染物的研究鮮有報道［15］，尚未見釩取代Dawson結構雜多酸催化降解有機污染物的相關報道。

本工作選取自制的磷鎢釩雜多酸（P2W14V4）作為光催化劑，以甲基橙溶液模擬工業染料廢水，在紫外光照射條件下進行光催化降解實驗，探討Dawson結構P2W14V4的光催化性能。

1 實驗部分

1.1 試劑、材料和儀器

實驗用試劑均為分析純。P2W14V4：按文獻［16］采用分步反應、分步酸化法制備。

pHS-3C型酸度計：上海偉業儀器廠；AUY 120型電子天平：日本島津公司；Thermo Nicolet 5700型FTIR儀：美國Nicolet公司；UV-2450型紫外-可見分光光度計：日本島津公司；CHI660C型電化學工作站：上海辰華儀器公司；722N型可見分光光度計：上海精密科學儀器有限公司。

1.2 實驗方法

在室溫、紫外光照條件下，將一定量的P2W14V4與甲基橙溶液混合，攪拌反應一定時間。取上清液測定溶液中甲基橙含量。

1.3 分析方法

采用FTIR儀表征自制P2W14V4的FTIR譜圖；采用紫外-可見分光光度計表征自制P2W14V4的UV譜圖；以玻碳電極為工作電極、飽和甘汞電極為參比電極、鉑電極為輔助電極，采用循環伏安法測定P2W14V4的電化學活性［15］；采用紫外-可見分光光度計在波長465 nm處測定甲基橙溶液的吸光度，計算甲基橙的降解率。

2 結果與討論

2.1 自制P2W 14V4的FTIR和UV表征

自制P2W14V4的FTIR譜圖見圖1。由圖1可見，在1 091.0 cm-1處為P—O吸收峰，在961.7 cm-1處為W=Od吸收峰，在917.5 cm-1處為W—Ob—W吸收峰，在788.9 cm-1處為W—Oc—W吸收峰。這與Dawson結構磷鎢酸特征峰［12］相似，而未見Keggin結構HPC的吸收峰［12-13］，表明自制的P2W14V4是具有Dawson結構的雜多酸［1，16］。

圖1 自制P2W 14V4的FTIR譜圖

自制P2W14V4的UV譜圖見圖2。 由圖2可見，自制P2W14V4在205 nm處有較強的吸收峰，320 nm處有弱吸收肩蜂。這與Daw son結構HPC的吸收峰位置一致［1，16］，而Keggin結構HPC的最大吸收蜂在260 nm左右［1］。這也表明，自制的P2W14V4具有Dawson結構。

圖2 自制P2W 14V4的UV譜圖

2.2 自制P2W 14V4的電化學活性表征

自制P2W14V4的循環伏安曲線見圖3。由圖3可見，自制P2W14V4具有較規范的氧化還原峰，氧化峰的峰電位為0.416 V，還原峰的峰電位為0.303 V。說明自制P2W14V4的氧化還原性能明顯，具有良好的電化學活性。

圖3 自制P2W 14V4的循環伏安曲線

2.3 P2W 14V4加入量對甲基橙降解率的影響

在初始甲基橙質量濃度為10 mg/L、紫外燈功率為300 W的條件下，P2W14V4加入量對甲基橙降解率的影響見圖4。由圖4可見：隨反應時間的延長，甲基橙降解率逐漸增加；隨P2W14V4加入量的增加，甲基橙降解率先增大后減小；當P2W14V4加入量為1.5 g/L時，P2W14V4對甲基橙的降解效果最好。這是因為，隨P2W14V4加入量的增加，催化劑活性中心不斷增多，反應速率加快，降解率逐漸增加；但當P2W14V4加入量過大時，溶液的透光率降低，光散射增強，導致P2W14V4的吸光能力下降，阻礙了光催化效率的提升。

圖4 P2W 14V4加入量對甲基橙降解率的影響

2.4 初始甲基橙質量濃度對其降解率的影響

在P2W14V4加入量為1.5 g/L、紫外燈功率為300 W的條件下，初始甲基橙質量濃度對其降解率的影響見圖5。

圖5 初始甲基橙質量濃度對其降解率的影響

由圖5可見：隨反應時間的延長，不同初始質量濃度的甲基橙降解率的差別逐漸縮小；在反應時間為200 m in時，初始甲基橙質量濃度為10 mg/L的降解率最高。這是因為增加初始甲基橙質量濃度有利于增加甲基橙分子與OH·反應的幾率，提高反應速率；但初始甲基橙質量濃度越高，溶液色度越大，紫外光透過率越低，P2W14V4受紫外線照射強度降低，導致催化效果下降；同時，初始甲基橙質量濃度越高，降解產生的中間產物越多，需消耗的OH·也越多，從而導致降解率降低。

2.5 光照條件對甲基橙降解率的影響

在初始甲基橙質量濃度為10 mg/L，P2W14V4加入量為1.5 g/L的條件下，光照條件對甲基橙降解率的影響見圖6。由圖6可見：在太陽光照條件下，甲基橙只在反應的初始階段有少許被降解，降解率僅為23%，這可能是由于P2W14V4對甲基橙的吸附作用而引起的，說明在太陽光照射條件下P2W14V4對甲基橙不發生明顯的降解反應；紫外燈功率為500 W、反應時間為200 m in時，P2W14V4對甲基橙的降解率為98.3%，高于紫外燈功率為300 W時的降解率（93.6%）。由此可見，Dawson結構P2W14V4在紫外光照條件下具備較強的光催化降解有機染料的能力。

圖6 光照條件對甲基橙降解率的影響

3 結論

a）對自制的P2W14V4采用FTIR和UV表征確認了其為Dawson結構P2W14V4。通過循環伏安曲線的測定，表明P2W14V4具有良好的電化學活性。

b）在初始甲基橙質量濃度為10 mg/L，P2W14V4加入量為1.5 g/L、紫外燈功率為500 W、反應時間為200 m in的條件下，甲基橙降解率可達98.3%。這表明Dawson結構P2W14V4在紫外光照條件下具備較強的光催化降解有機染料的能力。

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Characterization of Phosphotungstovanado-heteropolyacid with Dawson Structure and Its Photocatalytic Activity

Liu Minsheng1，Cao Xiaohua2，Weng Luyun1，Xu Changlong2，Qian Zhujin1

（1. College of Bio-chemical and Environmental Engineering，Nanjing XiaoZhuang University，Nanjing Jiangsu 211171， China；2. College of Chem istry and Environmental Engineering，Jiujiang University，Jiujiang Jiangxi 332005，China）

The structure and electrochemical performance of the self-made catalyst of phosphotungstovanadoheteropolyacid were characterized by FTIR，UV and cyclic voltammetry. The methyl orange solution was used as the simulated dye wastewater and the factors affecting the photocatalytic activity of the catalyst were studied. The experimental results show that：The catalyst has Dawson structure and a good electrochem ical performance；Under the conditions of catalyst dosage 1.5 g/L，initial methyl orange mass concentration 10mg/L，UV light power 500 W and UV irradiation time 200 m in，the degradation rate of methyl orange can reach 98.3%.

phosphotungstovanado-heteropolyacid；Dawson structure；methyl orange；photocatalysis；degradation

TQ O32.4

A

1006 - 1878（2012）02 - 0177 - 04

2011 - 08 - 29；

2011 - 12 - 11。

柳閩生（1956 —），男，廣東省連州市人，大學，教授，主要從事電化學及光電催化研究。電話 025-86178166，電郵 lms5688@tom.com。

國家自然科學基金資助項目（21161009）；江西省自然科學基金資助項目（2009GQH0053）；南京曉莊學院科技資助課題（2005-NXY56）。

（編輯 王 馨）