光催化降解丁基黃藥下的作用機制

方鉥 張翠 閆瑞峰 張煥 劉子薇 方繼敏

摘要：通過化學誘導自轉變法制備了二氧化鈦光催化劑。采用UV-vis研究了丁基黃藥在二氧化鈦光催化劑作用下15min、30min、60min、120min、180min時的UV-vis圖，結果表明，經過120min光催化降解后，黃藥特征吸收峰逐漸削弱，新增348.0nm處的吸收峰為其降解過程中的中間產物過黃藥。經180min光催化反應后，348.0nm處的吸收峰消失過黃藥分解完畢，此時黃藥降解率為97%。

關鍵詞：丁基黃藥；光催化；二氧化鈦；中間產物；過黃藥

引言：

經濟發展的同時也對自然環境造成了極大的壓力，水污染問題成為威脅我國環境保護的一個重大問題[1，2]。丁基黃藥是選礦廢水中常見的殘留選礦藥劑，生物毒性大[3，4]。該類廢水如不經處理直接排入水體，會導致水質惡化，，破壞周邊生態環境。有學者研究表明黃藥濃度高于13.5mg /L會延緩草魚胚胎發育的進程[5][6][7]。目前選礦廢水中對黃藥的殘留仍靠測定廢水中的COD含量，當廢水COD含量達到排放《鉛、鋅工業污染物排放標準》（GB25466-2010）排放標準時（≤60mg/l），水中仍可能殘存低濃度的黃藥（相當于≤40mg/l）[8]，殘余的黃藥會通過生物富集對人和動物的胎兒產生不可逆的致畸影響[6]。同時黃藥在水中極易分解為二硫化碳和醇，通過揮發溢出水體形成二次污染[8，10]，如何解決水中低濃度的黃藥污染、消除黃藥毒害及二次污染問題，探索低濃度的黃藥廢水高效去除的方法及作用機制，是礦業廢水處理中重要的課題之一[8-10]。

二氧化鈦光催化技術近些年受到越來越廣泛的關注，是一種綠色環境治理技術，廣泛的應用于降解水中的有機污染物。二氧化鈦光催化技術具有操作過程簡單、降解適用性強、成本低、反應時間短、污染物礦化完全等特點[4]。本論文擬研究二氧化鈦光催化在不同環境因子作用下對黃藥廢水的降解作用，以期為黃藥廢水降解工藝及理論研究提供指導。

1.實驗試劑及儀器

1.1實驗藥劑及設備

氫氧化鈉、鹽酸均為分析純，黃藥工業級，來自江西萬國礦業。BS224S電子天平，PHS-3C酸度計，DZF-6020電熱真空干燥箱，TDL-5高速離心機，SGY-1多功能光化學反應儀，日本島津 UV-2500 型紫外可見光譜儀。

1.2光催化劑的制備

二氧化鈦光催化劑通過化學誘導自轉變法制備[10]。

1.3光催化實驗方法

配置60ppm的丁基黃藥溶液，加入不同質量二氧化鈦催化劑在紫外光照射的情況下進行磁力攪拌，分別在15min、30min、60min、120min、180min時，靜置10分鐘取上清液0.45um膜過濾，利用紫外全波長掃描法分別測其該時間段的吸光度及吸收峰。

3 結果與討論

3.1所制備樣品的表征

所制備二氧化鈦的XRD見圖1。

3.2黃藥廢水的光降解實驗

3.2.1黃藥廢水的紫外吸收圖譜

配置60ppm的丁基黃藥模擬廢水，進行紫外掃描可得其紫外吸收圖譜，如圖3所示。

由圖3可知，丁基黃藥廢水在226.0nm與301nm有特征吸收峰，由文獻[4，6，7]，這兩處吸收峰為黃藥特征峰。

3.2.2黃藥廢水的光催化降解

黃藥廢水在光催化降解的不同時段15min、30min、60min、120min、180min時，黃藥廢水在不同光催化降解時間下的UV-vis見圖4。

由圖4可知，隨著光降解時間的延長，丁基黃藥的226.0nm、301nm兩個特征吸收峰逐漸衰減，在120min出現過黃藥（ROCS2O–）的對應吸收峰348.0nm。表明紫外光下二氧化鈦光催化劑可以有效分解黃藥，中間產物是過黃藥。對比圖4與表1可見，經過120min光催化降解后，黃藥特征吸收峰已有較大程度的減小，348.0nm處的吸收峰產生的原因在于，在光催化劑作用下產生的羥基自由基的強氧化作用和C-C鍵較C-S鍵更難打開這一特性，降解過程中先生成過黃藥（ROCS2O–）[4，6，7]，經180min光催化反應后，348.0nm處的吸收峰消失，表明過黃藥（ROCS2O–）分解完全，此時UV-vis定量分析表明丁基黃藥降解率為97%。

4.結論

二氧化鈦光催化法可以在短時間內有效降解黃藥。丁基黃藥降解120min出現的中間產物為過黃藥，通過180min光降解后，中間產物過黃藥分解完全。經UV-vis定量分析表明此時丁基黃藥降解率為97%。

參考文獻

[1] 劉繼鳳，劉繼永，朱進勇.淺談工業廢水中難降解有機污染物處理技術及發展方向[J].環境科學與管理，2008（04）：120-122.

2018年自主創新研究基金本科生項目；2018-ZH-B1-02

基金項目：國家自然科學基金（51272189；51672196）

（作者單位：1.湖北省招標股份有限公司；

2.武漢理工大學資源與環境工程學院）