β2-SiW11Mn/TiO2光催化降解亞甲基藍

楊明睿，馬榮華

(齊齊哈爾大學 化學與化學工程學院，黑龍江 齊齊哈爾 161000)

隨著世界各國工業(yè)和社會的發(fā)展，在生產(chǎn)中會排放大量的有害物質(zhì)，水污染的現(xiàn)象也日益嚴重，它對人類健康、經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展造成重大影響[1]。因此，有機污染物的降解一直是水污染治理領(lǐng)域的一個重要課題。

近年來，由于雜多酸作為光催化劑具有無毒、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、不腐蝕破壞設(shè)備等特征而被廣泛應用于水污染處理[2-3]的研究中，具有誘人的前景，而將雜多酸通過浸漬的方法負載到一些載體上，可以增加雜多酸的比表面積，同時可以提高催化活性[4-5]，并且可以降低生產(chǎn)成本，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，雜多酸化合物在催化降解領(lǐng)域作為光催化劑起著重要作用。TiO2納米半導體材料是光催化領(lǐng)域中應用最廣泛的材料之一[6-7]，其化學穩(wěn)定性好。將太陽能與水污染治理結(jié)合起來，而被人們重視研究[8]。其中，銳鈦礦型TiO2具有更好的催化活性[9]。本文研究β2-SiW11Mn/TiO2光催化劑對亞甲基藍染料的降解性能。

1 實驗部分

1.1 主要試劑及儀器

TU-1901型雙光束紫外-可見分光光度計(北京普析公司)，722 型光柵分光光度計(鞏義市予華儀器有限責任公司；磁力加熱攪拌器(DF-?集熱器型)(鞏義市予華儀器有限責任公司)，β2-SiW11Mn/TiO2(實驗室自制)，其它試劑均為市售分析純。

1.2 降解實驗

在一定體積一定濃度的亞甲基藍溶液中加入適量β2-SiW11Mn/TiO2催化劑，暗處避光30 min后，在30 W紫外燈下照射，間隔一定時間取樣，在其最大波長處測定吸光度，計算降解率。降解率由DC=(A0-A)/A0×100%計算，Ao表示光照前溶液吸光度，A表示光照后溶液吸光度。

2 結(jié)果與討論

2.1 初始濃度對亞甲基藍降解的影響

各配置100 mL不同濃度(5、10、15、20、25、30mg/L)的亞甲基藍溶液，將pH值調(diào)節(jié)至3，加入相同量的0.005 g催化劑，超聲處理，照射一定時間后，取樣并離心5 min，測量染料的吸光度值并計算降解率。從圖1中可以看出，當亞甲基藍的初始濃度為10 mg/L時，降解率可達90%，濃度越高覆蓋的面積越大，導致催化劑活性降低。

圖1 不同初始濃度對亞甲基藍降解的影響Fig.1 Effect of different initial concentrations on degradation of methylene blue

2.2 pH值對亞甲基藍降解的影響

準備100 mL相同濃度的10 mg/L亞甲基藍溶液，用酸和堿溶液分別調(diào)節(jié)pH值至2、4、6、8、10、12，加入相同量的0.005 g催化劑，超聲處理，照射一定時間后，取樣并離心5 min，測量染料的吸光度值并計算降解率。從圖2中可看出，當染料pH值為2時，催化劑對亞甲基藍的降解效果最好。隨著溶液堿性的增強，會導致雜多酸性質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，使得降解效果減弱。

圖2 不同pH值對亞甲基藍的降解影響Fig.2 Effect of different pH on the degradation of methylene blue

2.3 不同催化劑用量對亞甲基藍降解的影響

準備100 mL相同濃度的10 mg/L亞甲基藍溶液，pH值為2，加入不同量的催化劑(0.0025、0.0050、0.0075、0.0100、0.0125、0.0150g)，照射一定時間后，取樣并離心5 min，測量染料的吸光度值并計算降解率。從圖3中可看出，當催化劑的量為0.0050 g時，復合催化劑對亞甲基藍的降解效果最好。降解效率達到81.3%。

圖3 不同催化劑用量對亞甲基藍降解的影響Fig.3 Effect of different catalyst amounts on degradation of methylene blue

2.4 不同照射光源下催化劑對染料的降解

準備2份100 mL 10 mg/L亞甲基藍溶液，調(diào)節(jié)酸度為2，加入相同量的0.0050 g催化劑，將溶液超聲處理，分別將兩燒杯的亞甲基藍置于紫外線和太陽光下200 min。從圖4可以看出，在相同條件下，紫外光下的降解率為86.5%。太陽光下的降解率為89.3%，太陽光對染料的降解效果優(yōu)于紫外光。

圖4 不同照射光源對亞甲基藍降解率的影響Fig.4 Effect of different irradiation sources on the degradation rate of methylene blue

3 結(jié)論

SiW11Mn/TiO2復合催化劑降解亞甲基藍的最佳條件是：亞甲基藍初始濃度為10 mg/L，pH值為2，催化劑用量為5 mg時，UV光為200 min，催化劑對染料的降解率可達86.5%。在相同條件下，經(jīng)過200 min的太陽光照射后，催化劑對染料的降解率可達到89.3%。可以看出，太陽光對染料的降解效果優(yōu)于紫外光。