AgBr/TiO2復合反應光催化劑的制備及其光解性能的研究

顏廷良（江蘇省鹽城技師學院，江蘇 鹽城224000）

印染廢水中含有大量有毒污染物，其中亞甲基藍(MB)是水溶性偶氮染料的典型化合物，在水中會形成一價有機陽離子型的季胺鹽離子基團，其色度高，嚴重污染環境。光催化技術是一種非均相氧化技術，通過光照，將降解物質分解為水和二氧化碳。TiO2化學性質比較穩定，無毒，氧化還原性強，催化活性小，且成本低，所以被廣泛使用[1-2]。Ag/AgBr納米粒子具有等離子體誘導效應的特點，在可見光區有強吸收，提高了TiO2光催化劑的活性[3-5]。

1 實驗部分

1.1 離子液體的制備

準確稱取吡啶0.1 mol（8 g）和溴代正丁烷0.1 mol（13.8 g），將其置于干凈的圓底燒瓶中，打開恒溫式磁力攪拌器，80℃下油浴攪拌回流2 h（溫度達到80℃開始計時），結束后將其冷卻至室溫。反應方程式為：

1.2 TiO2催化劑的制備

在制得的離子液體中按比例加入1∶1的去離子水，放在磁力攪拌器的裝置上攪拌。量取4.4 mL的鈦酸四正丁酯，將其緩慢滴加入離子液體中，攪拌均勻后將離子液體轉移至反應瓶中，在120℃下恒溫24 h（溫度升到120℃時開始計時）。結束后，取出反應瓶，自然冷卻至室溫，過濾，最后用去離子水和乙醇洗滌2～3次，將洗滌后的樣品放入表面皿中，置于干燥箱中干燥。

1.3 AgBr催化劑的制備

在制得的離子液體中按比例加入1∶1的去離子水，放在磁力攪拌器的裝置上攪拌，將適量硝酸銀溶液滴入離子液體中，攪拌均勻后將離子液體轉移至反應瓶中，在120℃溫度條件下恒溫24 h（溫度升到120℃時開始計時）。結束后，取出反應瓶，自然冷卻至室溫，過濾，最后用去離子水和乙醇洗滌2～3次，將洗滌后的樣品放入表面皿中，置于干燥箱中干燥。

1.4 AgBr/TiO2復合光催化劑的制備

在制得的離子液體中加入1∶1的去離子水，將其放在磁力攪拌器的裝置上攪拌。量取4.4 mL的鈦酸四正丁酯和適量的硝酸銀溶液，并緩慢加到離子液體中，攪拌均勻后將離子液體轉移至高壓反應瓶中，在120℃溫度條件下恒溫24 h（溫度升到120℃時開始計時）。結束后，取出反應瓶，自然冷卻至室溫，過濾，最后用去離子水和乙醇洗滌2～3次，將洗滌后的樣品放入表面皿中，置于干燥箱中干燥。

2 催化劑的性能研究

2.1 不同催化劑對MB降解的影響

配制一定濃度的MB溶液，分別用移液管移取30 mLMB溶液于3個反應瓶中，稱取等量的TiO2、AgBr和AgBr/TiO2催化劑分別加入上述反應瓶中，在磁力攪拌器上暗中吸附0.5 h，然后于汞燈下光照攪拌1 h，每隔10 min用注射器對其進行取樣，測其吸光度。

圖1 AgBr對MB溶液吸光度的影響

圖2 TiO2/AgBr對MB溶液吸光度的影響

表2 不同催化劑對MB降解率的影響

由表1不同催化劑對MB降解率的影響可知，AgBr/TiO2復合光催化劑降解效果比較好。

2.2 TiO2/AgBr催化劑的量對MB降解效果的影響

配制一定濃度的MB溶液，分別移取30 mL MB溶液于3個反應瓶中，在瓶中分別加入0.006 g、0.012 g、0.018 g催化劑（催化劑的濃度分別為0.2 g/L、0.4 g/L、0.6 g/L）。在攪拌器上暗中吸附0.5 h，再于汞燈下光照攪拌1 h，每隔10 min取樣，測其吸光度。

由圖3可知，在664 nm處吸光度值最高，接下來實驗研究MB在664 nm處吸光度的變化，發現亞甲基藍在不同催化劑量的作用下降解效果有很大差別。

圖3 催化劑的量對MB吸光度的影響

表2 催化劑的量對MB降解率的影響

由表2可知，在一定濃度的MB溶液中投加催化劑的量為0.6g/L時，MB的降解效果很好。在接下來的研究中，我們將反應時間定為1h，催化劑的投加量定為0.6g/L。

2.3 MB初始濃度對降解的影響

配制濃度為 10 mg/L、15 mg/L、20 mg/L、25 mg/L、30 mg/L的MB溶液，分別移取30 mL上述MB溶液于5個反應瓶中；向每個反應瓶中投加0.018 g催化劑，在磁力攪拌器上暗中吸附0.5 h，再于汞燈下光照攪拌1 h，每隔10 min取樣，測其吸光度。

表3 MB初始濃度對降解效果的影響

圖4 MB初始濃度對降解率的影響

圖5 MB溶液的pH對降解率的影響

由圖4可知，MB的降解率隨其濃度增大而增大，當濃度達到20 mg/L時，降解率隨著濃度的增大而減小，實驗表明MB的最佳降解濃度為20 mg/L。

圖6 ln(A/A0)與時間t(min)的關系曲線

2.4 MB溶液pH對降解的影響

配制20 mg/L的MB溶液，并用HCl或NaOH溶液將 MB溶液的 pH 分別調節到 2.69、5.19、7.40、9.22、12.23，然后向每個反應瓶中投加0.6 g/L催化劑，在磁力攪拌器上暗中吸附0.5 h，再于汞燈下光照攪拌1 h，每隔10 min取樣，測其吸光度。

表4 MB溶液pH對降解效果的影響

由表4中數據做出五種不同pH溶液降解率的折線圖。從圖5可以看出，在堿性條件下MB的降解率遠大于在中性、酸性條件下的降解率。當pH為12.23時，MB的降解率可達93.35%。

3 結束語

本文采取水熱法，對亞甲基藍溶液進行降解，證明了AgBr/TiO2復合光催化劑具有良好的降解效果，且降解MB溶液投加的催化劑最適宜的量為0.6 g/L，溶液在堿性條件下初始濃度為20 mg/L時，降解效果最佳，在pH值為12.23時降解率可達93%。