雜多酸 /PANI/SnO2復合材料光催化降解孔雀石綠

王樹成，馬榮華

(齊齊哈爾大學化學化工學院，黑龍江 齊齊哈爾 161006)

環境污染問題一直是我們所賴以生存的社會的重要話題[1]。光催化處理染料廢水技術能將廢液中所含的有機污染物沉降分解為無毒無害的H2O和CO2等小分子，實現安全排放的環境保護主旨[2]。雜多酸和禁帶寬度為3.6eV的 SnO2都具有光催化降解性能[3-4]，但都只能吸收紫外光，聚苯胺可以使二者的光吸收范圍擴大到可見區[5]。因此本文以雜多酸、二氧化錫和聚苯胺三元復合材料SiW11Mn/PANI/SnO2為復合光催化劑，在太陽光照射下對模擬染料孔雀石綠進行光催化降解，期望能夠利用太陽能來實現染料廢水的光催化降解。

1 實驗部分

1.1 儀器和試劑

pHS-2 型酸度計(上海大普儀器有限公司)；TU-1901 型雙光束紫外可見分光光度計(北京普析通用儀器有限責任公司)；SiW11Mn/PANI/SnO2實驗室自制。

1.2 光催化實驗方法

將定量的催化劑加入配置好的定濃度的100 mL孔雀石綠溶液中，達到吸附-脫附平衡后，先在617nm最大吸收波長處測初始吸光度A0，然后再在30W的紫外燈下照射200 min，每20 min取一定量的溶液進行一次吸光度A的測定。用孔雀石綠的降解率DC來體現所合成的SiW11Mn/PANI/SnO2的光催化活性。

DC=(A0-A)/A0× 100%

(1)

式中，A0為光照前溶液吸光度；A為光照后溶液吸光度。

2 結果與討論

2.1 溶液的初始pH 值對孔雀石綠光催化降解的影響

將10 mg 的催化劑 SiW11Mn/PANI/SnO2加入濃度為10 mg/L的溶液孔雀石綠中，圖1為pH值影響光催化降解孔雀石綠的效果圖。通過圖1可以知道，催化劑降解孔雀石綠在pH值=1時降解率最好，為92.7%。這可能因為以陽離子為主的孔雀石綠溶液，強酸性條件下更容易被荷負電性的雜多陰離子吸附，使表面反應的催化劑濃度大，導致降解速度越快。

圖1 溶液pH 值對染料降解效果的影響Fig.1 Effect of solution pH on dye degradation

2.2 染料濃度對孔雀石綠光催化降解的影響

從圖2可知，在pH=1的不同濃度孔雀石綠中分別加入10 mg 的SiW11Mn/PANI/SnO2時，當孔雀石綠濃度為10 mg/L的狀態下，SiW11Mn/PANI/SnO2的催化降解效果最好，降解率是90.1%。由于染料分子過多對SiW11Mn/PANI/SnO2的表面的遮蓋使光利用率降低，因此，初始濃度增大，孔雀石綠的降解趨勢也會下降。

圖2 溶液質量濃度對染料降解效果的影響Fig.2 Effect of Solutionconcentration on dye degradation

2.3 不同催化劑用量對孔雀石綠光催化降解的影響

調節pH=1，孔雀石綠的濃度為10 mg/L，SiW11Mn/PANI/SnO2的投入量對降解孔雀石綠的影響如圖3。當SiW11Mn/PANI/SnO2用量為10 mg，降解效果最佳為90.2%。因為催化劑SiW11Mn/PANI/SnO2用量不足10 mg 時，反應的位點不充足降解率就低，而催化劑用量超過10 mg/L時，又超過了催化劑的最大有效受光面積，形成光屏蔽，使降解效果下降。

圖3 催化劑用量對染料降解效果的影響Fig.3 Effect of catalyst dosage on dye degradation

2.4 光源對孔雀石綠光催化降解效果的影響

圖4 不同光源對染料降解效果的影響Fig.4 Effect of different light sources on dye degradation

調節pH值=1，孔雀石綠染料的濃度為10 mg/L、分別加入10 mg 的SiW11Mn/PANI/SnO2，圖4為紫外光和太陽光對染料孔雀石綠的降解效果圖，由圖4可看出，催化劑SiW11Mn/PANI/SnO2在太陽光和紫外光下均有很好的光催化降解性能。太陽光下對孔雀石綠的降解效果更好，降解率為96.5%。圖5為不同光源對孔雀石綠降解的動力學曲線，紫外光和太陽光對孔雀石綠的降解均符合一級反應動力學。

圖5 不同光源光降解孔雀石綠的動力學曲線Fig.5 Kinetic curves of photodegradation of malachite green by different light sources

3 結論

復合催化劑SiW11Mn/PANI/SnO2在太陽光和紫外光下對孔雀石綠模擬廢水均有很好的光催化降解性能。其進行光催化降解的最佳條件是：pH值=1，染料濃度10 mg/L，催化劑投加量為10 mg。此時的降解率可達到96.5%。并且降解符合一級動力學方程。

[1] 吳 晴，劉金泉，王 凱，等.高級氧化技術在難降解工業廢水中的研究進展[J].水處理技術，2015，41(11)：25-29.

[2] 劉智武,胡斯翰,蒙 媛,等.印染廢水的多元多相光催化降解[J].印染, 2017，43(2):38-41.

[3] Hora H, Kawasaki E, Kike K,et al. Decomposition of nonrepresentational acid by heterosexuality photocatalyst H3PW12O40in aqueous solution[J].J Moll Cabal A:Chem,2004,211(1/2):35-41.

[4] 王彥宗.導電聚苯胺-二氧化錫納米復合材料合成及表征研究[D].哈爾濱:哈爾濱工程大學碩士學位論文,2007.

[5] 馬榮華，馬成新，趙春艷，等．α-SiW11Ti/PANI摻雜材料光催化降解剛果紅的研究[J]．化工新型材料，2010，38(11)：83-85.

(本文文獻格式：王樹成，馬榮華.雜多酸/PANI/SnO2復合材料光催化降解孔雀石綠[J].山東化工，2018，47(02)：135-136.)