无机离子对磷钨酸光催化活性艳橙脱色降解的影响＊

朱秀华 朱 敏 王 炜 穆 军 彭孝军 张 蓉

(1 大连交通大学环境与化学工程学院,大连,116028;2 大连理工大学精细化工国家重点实验室,大连,116012)

无机离子对磷钨酸光催化活性艳橙脱色降解的影响＊

朱秀华1,2＊＊朱 敏1王 炜1穆 军1彭孝军2张 蓉2

(1 大连交通大学环境与化学工程学院,大连,116028;2 大连理工大学精细化工国家重点实验室,大连,116012)

报道了 10种无机离子 ()对磷钨酸光催化活性艳橙 (KGN)溶液反应的影响.研究表明,对光催化 KGN溶液降解有一定的促进作用,但随着浓度的增大,该促进作用不再增大;在不同浓度下对光催化反应有较强的促进作用,但随着和浓度的增长,其促进作用呈降低趋势;当浓度高于0.15mmol·l-1时,随着浓度的增大,光催化反应发生抑制,并且随着浓度的增长,抑制作用有增强的趋势;Cl-对光催化脱色反应存在较强的抑制作用,除在 0.075mmol·l-1的浓度时,Cl-对反应无明显影响外,其它浓度下都使光催化反应发生抑制,并且随着 Cl-浓度的增加,抑制作用明显增强.Mg2+和 Ca2+在不同浓度下对磷钨酸光催化 KGN反应略微有促进作用;Cu2+对活性艳橙光催化脱色反应影响不显著;而Mn2+和Al3+离子对光催化反应效率存在一定抑制作用.

无机离子,磷钨酸,光催化,活性艳橙,脱色降解.

向溶液中加入某种盐就会增加溶液的离子强度,从而影响反应物和活化络合物的活度系数,必然也就影响反应速率,这种影响叫做次级动力学盐效应.

染料工业废水主要包括:含盐有机物有色废水,无机盐浓度在 15%—25%,主要是 NaCl,少量Na2SO4、KCl及其它金属盐类;氯化或溴化废水;含有微酸、微碱的有机废水;含有铜,铅,铬,锰,汞等金属离子的有色废水等.研究表明,磷钨酸对活性艳橙 (KGN)有光催化脱色降解作用[1],根据次级动力学盐效应可见,其中的无机盐可能会影响磷钨酸光催化活性.

本研究选用了染料废水中常见的 5种无机阴离子和 5种无机阳离子,研究其对磷钨酸光催化 KGN脱色的影响.

1 实验部分

将 10mg·l-1的活性艳橙溶液,置于具盖石英烧杯中,分别添加不同阴阳离子的溶液,同时以对应的 KGN溶液作为参比溶液,并分别加入 0.6g·l-1磷钨酸催化剂,调节溶液初始 pH值等于 2[2],避光电磁搅拌 5min,至混合均匀后,置于 20W紫外灯下照射 (光解实验前先开灯 20min,以便获得恒定光输出),持续电磁搅拌,60min后取样,进行分析测定.

Shimadu UV-2201紫外-可见分光光度计 (日本岛津)对活性艳橙溶液进行全波段 (200 nm—700 nm)扫描.然后在可见区最大波长下测定样品的吸光度,试样脱色率(DC)依下式计算:

式中:A0为光照前试样的吸光度;A为光照时间 t时试样的吸光度.

2 结果与讨论

2.1 无机阴离子对磷钨酸光催化 KGN脱色效率的影响

将 10mg·l-1的活性艳橙溶液分别添加浓度为 0.075—0.300mmol·l-1不同阴离子的钠盐,同时以不含有无机盐的 KGN溶液作为参比溶液,光解结果见图1.由图1可见,N对 KGN溶液降解有一定的促进作用,且随着 N浓度的增大,该促进作用增大不显著.

前人[3—5]研究表明,水体中能促进水中痕量有机物光氧化,因为受光辐射,可生成具有强氧化性的 HO·,但随着浓度增大,浓度亦增大 (见反应式 (1)—(3)),可与 HO·反应,因此,光催化反应有所减慢.离子对光催化反应亦有一定的促进作用.在反应中可以俘获光生空穴 (h+)和羟基自由基 (HO·),生成有高的氧化能力,能够氧化有机物,促进光催化反应.但当子浓度过高时,促进作用有所降低.

H2C(反应溶液初始pH为2时,Na2CO3是以未解离的H2CO3和溶解的CO2形式存在,本文以H2C表示)在不同浓度下对光催化反应有较强的促进作用,但随着 Na2CO3浓度的增长,其促进作用呈降低的趋势.

Cl-对光催化脱色反应存在较强的抑制作用,除了在 0.075 mmol·l-1的浓度时,Cl-对反应无明显影响外,其它浓度下都使光催化反应发生抑制,并且随着 Cl-浓度的增加,抑制作用明显增强.这是因为 Cl-具有较强的还原能力,它与 KGN竞争氧化剂,从而使光催化反应效率降低.

2.2 无机阳离子对磷钨酸光催化 KGN脱色效率的影响

配制 10mg·l-1的 KGN溶液,分别添加浓度为 0.075—0.300mmol·l-1的不同阳离子的氯化物溶液,同时以含有氯化钠 (与样品溶液具有相同物质的量的氯离子)的 KGN溶液作为参比空白溶液,并分别加入 0.6g·l-1磷钨酸,光解 60min后取样分析,结果见图2.由图2可见,Mg2+和 Ca2+在不同浓度下对磷钨酸光催化 KGN反应略微有促进作用;Cu2+对磷钨酸光催化活性艳橙脱色反应影响不显著;而Mn2+和Al3+离子对磷钨酸光催化反应效率存在一定抑制作用.对于不同阳离子对磷钨酸光催化 KGN反应的影响机理有待进一步深入研究.

图2 无机阳离子对 KGN光催化脱色降解影响Fig.2 Effect of inorganic cation on photocatalytic degradation of KGN

3 结论

磷钨酸光催化 KGN溶液脱色降解效率受溶液中共存无机离子影响.其中无机阴离子如和 Cl-等对光催化反应影响较大,而无机阳离子如Mg2+,Ca2+,Cu2+,Mn2+,Al3+影响较小.

[1] 朱秀华,朱敏,王炜等,光催化降解活性艳橙脱色降解 [J].大连交通大学学报,2009,30(2)∶75—78

[2] 朱秀华,王炜,李海成,磷钨酸光催化降解染料废水研究 [J].上海环境科学,2001,20(9)∶444—445

[3] Zepp R G,Nitrate-Induced Photooxidation of Trace Organic Chemicals inWater[J].Environ.Sci.Technol.,1987,21∶443—450

[4] Niessen R,Lenoir D,Boul P,Phototransformation of Phenol Induced by Excitation of Nitrate I ons[J].Chemosphere,1988,17∶1977—1984

[5] 朱秀华,郎佩珍,水中硝基氯苯光解动力学 [J].环境化学,1991,10(5)∶21—27

[6] Wang K,Hsieh Y,Wu C et al.,The pH and Anion Effects on the Heterogeneous Photocatalytic Degradation ofσ-Methylbenzoic TiO2Acid in Aqueous Suspension[J].Chemosphere,2000,40∶389—394

[7] Burns RobertA,Crittenden John C,HandW David et al.,Effectof Inorganic I ons in Heterogeneous Photocatalysisof TCE[J].J.Environ.Eng-ASCE,1999,125∶77—85

THE EFFECT OF INORGANIC I ONS ON PHOTOLYSIS OF REACTIVE BRIGHT ORANGE SOLUTI ON

ZHU Xiu-hua1,2ZHU M in1WANG W ei1MU Jun1PENG X iao-jun2ZHANG Rong2
(1 School of Environmental and Chemical Engneering,Dalian JiaotongUniversity,Dalian,116028,China(2 State KeyLaboratory of Fine Chemicals,Dalian University of Technology,Dalian,116012,China)

The effect of 10 inorganic ions(and Al3+)on performance of the photocatalytic decomposition of reactive bright orange(KGN)with polyoxometale,H3PW12O40,was investigated in an aqueous solution with a 20W UV lamp.It was found that the inorganic anion has greater effect on the photocatalytic characteristic of H3PW12O40,but the inorganic cation has smaller effect.

inorganic ions,phospho-tungstic acid,photocatalysis,reactive bright orange,decolorization and decomposition.

2009年5月9日收稿.

＊大连理工大学精细化工国家重点实验室开放课题基金资助 (KF0707).

＊＊通讯联系人,Tel:0411-84109335,E-mail:zhuxiuhua1@hotmail.com