光催化降解亞甲基藍廢水的研究

閆 艷

(徐州生物工程職業技術學院 生物工程系，江蘇 徐州 221000)

印染廢水的水質成分復雜，不僅含有纖維類物質，還含有硝基苯類、苯胺類、鄰苯二甲酸類等有毒有害的有機污染物，高濃度、高色度、難降解的特點給其處理帶來了很大困難，對生態環境和飲用水造成很大危害。因此，染料廢水的處理已成為人們亟待解決的問題[1-2]。目前，印染廢水處理的方法主要有吸附法、混凝法、光催化氧化法、電化學法、生化法等，其中光催化氧化法作為一種高效、潔凈的處理方法被國內外學者廣泛關注[3-5]。

本文就運用光催化氧化法，利用自制光催化反應器降解亞甲基藍廢水，在外加交變磁場的作用下，研究亞甲基藍溶液的初始濃度、溶液的初始pH值、催化劑投加量、H2O2投加量、時間等因素對催化效果的影響。

1 實驗部分

1.1 主要儀器和試劑

空氣壓縮機(0.2OP-551)，分析天平(上海精科天平)，CD-B DDS Signal Generator(信號發生器)，H2050R-1離心機(湖南相儀實驗室儀器開發有限公司)，TU-1901 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)亞甲基藍(分析純，國藥集團化學試劑有限公司)，德國P25納米二氧化鈦(北京安特普納有限公司)，氫氧化鈉(分析純，上海蘇懿化學試劑有限公司)。

1.2 實驗方法

利用自制的光催化反應器，根據實驗設計，取125mL亞甲基藍溶液，加入一定量的TiO2和H2O2，用恒溫循環水控制反應體系溫度為30℃，外加交變磁場，反應一定時間后取樣，放入高速離心機中，以14000r/min離心8min,取上層清液過濾后測定亞甲基藍的吸光度值，計算其降解率。

亞甲基藍含量測定用紫外可見分光光度法，在其特征波長664 nm處, 測其吸光度A。亞甲基藍的降解率計算按照下式進行:

式中：A0——降解前亞甲基藍的吸光度；A——降解后亞甲基藍的吸光度。

2 實驗結果與討論

2.1 溶液初始pH值對光催化降解的影響

取初始pH值分別為2,4,6,7,8,9,10的10mg/L亞甲基藍溶液125mL，TiO2用量均為0.20g，H2O2用量均為25μL，空氣流量為60L/h，交變磁場頻率為12kHz，通入線圈的高頻交流電流為1 A，分別在20,40,60,80,100,120min時取樣，離心過濾后，測吸光度，計算降解率，結果如圖1。

圖1 亞甲基藍的初始pH值對降解率的影響 Fig.1 The effect of beginning pH of resolution on decomposition rate of MB

實驗證明，亞甲基藍的降解率隨溶液初始pH的增大而增大。但調節溶液pH需加更多的NaOH溶液，故從節約試劑且有較好降解效果的角度出發，本實驗選pH值=9為最佳pH。在反應60min以內，亞甲基藍溶液降解速率很快，已達到90.07%，故以下實驗選擇在0 60min的時間內研究光催化降解亞甲基藍廢水的影響。

2.2 溶液初始濃度對光催化降解的影響

取初始濃度分別為2,5,10,15,20mg/L的亞甲基藍溶液125mL，調節其初始pH值=9，TiO2用量均為0.20g， H2O2用量均為25μL，空氣流量為60L/h，交變磁場頻率為12kHz，通入線圈的高頻交流電流為1 A，分別在5,10,15,20,40,60min時取樣，離心過濾后，測吸光度，計算降解率，結果如圖2。

圖2 亞甲基藍的初始濃度對降解率的影響 Fig.2 The effect of beginning concentration on decomposition rate of MB

圖2表明，隨亞甲基藍初始濃度的增加，降解率先增加再降低，當亞甲基藍初始濃度為10mg/L時，其總體降解率較高，在40min時可達為88.09%。當反應物初始濃度過高時，開始的降解率高，但隨反應時間的增加降解率也增加緩慢，這是因為反應物的初始濃度過高，附在TiO2催化劑表面的亞甲基藍分子越多，就會吸附OH-，減少羥基自由基的生成，從而降低光催化反應的效率[6-7]。

2.3 加入催化劑TiO2的量對光催化降解的影響

取初始濃度為10mg/L的亞甲基藍溶液125mL，其pH值=9，分別投入0.16，0.18，0.20，0.22，0.24g的TiO2，H2O2用量均為25μL，空氣流量為60L/h，交變磁場頻率為12kHz，通入線圈的高頻交流電流為1 A，分別在5，10，15，20，40，60min時取樣，離心過濾后，測吸光度，計算降解率，結果如圖3。

圖3 催化劑的量對亞甲基藍降解率的影響 Fig.3 The effect of quality of TiO2 on decomposition rate of MB

上圖表明，隨著催化劑量的增大，亞甲基藍的降解率先增大再降低。由圖可知最佳用量為0.20g。加入的催化劑量過少，溶液中的催化活性中心少，光催化效果不好；加入的催化劑量過多，溶液中催化劑顆粒過多，阻擋紫外線的照射，催化效果也不好，所以加入適當的催化劑，有助于光催化反應[8-9]。

2.4 加入過氧化氫的量對光催化降解的影響

取初始濃度為10mg/L的亞甲基藍溶液125mL，其pH值=9，投入0.20g的TiO2，分別投入 H2O2的量為0，5，15，25，50，100μL，空氣流量為60L/h，交變磁場頻率為12kHz，通入線圈的高頻交流電流為1 A，分別在5，10，15，20，40，60min時取樣，離心過濾后，測吸光度，計算降解率，結果如圖4。

圖4 過氧化氫的用量對亞甲基藍降解率的影響 Fig.4 The effect of dosage of H2O2 on decomposition rate of MB

研究表明，降解亞甲基藍的反應中，隨著過氧化氫用量的增大，亞甲基藍的降解率隨之先增大后減小，當用量為25μL時，降解60min后達到90.07%。當過氧化氫的量大于25μL時也有很好的降解效果，但是并沒有很大的提高，當加入過多的過氧化氫時，降解率反而降低，所以實驗中選擇加入25μL的過氧化氫作為最佳條件。

3 結論

研究表明，用外加磁場進行光催化降解亞甲基藍溶液取得了很好的效果，亞甲基藍溶液可以很快褪色，獲得最佳工藝條件為：亞甲基藍的初始濃度為10mg/L，pH值=9，投入TiO2催化劑量為0.20g，H2O2的量為25μL，空氣流量為60 L/h，交變磁場頻率為12 kHz，通入線圈的高頻交流電流為為1.0 A，反應60min，降解率達90.07%，溶液顏色由藍色變為無色。

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