光催化氧化法降解亚甲基蓝研究*

陈信含，李广超

(江苏师范大学化学化工学院，江苏　徐州　221116)



光催化氧化法降解亚甲基蓝研究*

陈信含，李广超

(江苏师范大学化学化工学院，江苏徐州221116)

通过测定亚甲基蓝溶液处理前后的吸光度，计算脱色率，讨论了H2O2的用量、TiO2投加量、不同光源光照时间等因素对亚甲基蓝溶液脱色率的影响。实验结果表明，光对TiO2催化H2O2氧化亚甲基蓝有显著的促进作用，在紫外光、太阳光和日光灯光三种不同光源中，紫外光对亚甲基蓝溶液的脱色率影响最强，日光灯光影响最弱。在加入0.5 mL 30% H2O2溶液和20 mg TiO2的条件下，紫外光照射90 min时亚甲基蓝溶液的脱色率超过99%。

亚甲基蓝；TiO2；降解；光催化氧化

光催化氧化法是在催化剂(二氧化钛或硫化镉)与光照条件下对有机废水进行降解处理[1]。研究表明光催化氧化法能有效地降解废水中的卤代脂肪烃、卤代芳烃、有机酸类、硝基芳烃、取代苯胺、多环芳烃、杂环化合物、酚类、染料、表面活性剂、农药等有机化合物[2-5]。早在1972年，Nature杂志上报道了受辐射光照的二氧化钛表面能持续发生氧化还原反应，二氧化钛具有稳定性好、无毒、成本低、无二次污染、易掺杂改性等优点，因而被认为是一种理想的光催化材料[6]。

亚甲基蓝可用于麻、纸张、蚕丝织物的染色和制造墨水及生物、细菌组织的染色，还可用于木、竹的着色等方面。亚甲基蓝作为印染废水中典型的有机污染物，生产过程中未被利用的亚甲基蓝会被排入水体，造成严重的水污染[7]，对其进行降解和脱色是纺织业印染污水治理的重要工作[8]。

本文以二氧化钛为光催化剂，研究了氧化剂用量、反应介质pH、催化剂用量、反应时间、光源和光照强度等因素对亚甲基蓝脱色率的影响，为亚甲基蓝废水的工业处理提供参考。

1　实　验

1.1实验仪器与试剂

主要仪器：722 s 可见分光光度计，上海精密科学仪器有限公司；800型离心沉淀器，金坛市华特实验仪器有限公司；AL104电子天平，梅特勒-托利多；FiveGo便携式pH计，梅特勒-托利多；HJ-9型多头磁力加热搅拌器，江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司；ZF-20D 暗箱式紫外分析仪，上海宝山顾村电光仪器厂。

主要试剂：亚甲基蓝(s)、TiO2(白色固体粉末)、H2O2(30%)、NaOH(s)、HCl(37%)，以上试剂为分析纯。

1.2实验方法

移取10 mL配制的亚甲基蓝溶液(10 mg/L)于50 mL比色管中，加入不同量的TiO2、H2O2，并稀释至50 mL，转移至100 mL锥形瓶中，在搅拌器上匀速搅拌一定时间，转移至离心管中，以3000 r/min 的转速离心分离10 min，取清液测定亚甲基蓝溶液的吸光度A，根据处理前后亚甲基蓝废水的吸光度A0和A，用式(1)计算脱色率。

(1)

其中：A0——处理前亚甲基蓝溶液的吸光度

A ——处理后亚甲基蓝溶液的吸光度

2　结果与讨论

2.1pH 对亚甲基蓝溶液吸收波长的影响

调节亚甲基蓝溶液的pH分别2.98、5.67、7.09、9.01，并使溶液总体积均为50 mL，在480～730 nm范围内改变波长分别测定亚甲基蓝溶液吸光度，得到不同pH时亚甲基蓝的吸收曲线(如图1所示)。

从图1可知，在不同pH时亚甲基蓝溶液的最大吸收波长几乎没有发生变化，由此可以确定亚甲基蓝溶液的吸收波长为665 nm。

2.2H2O2加入量对亚甲基蓝脱色率的影响

用移液管移取10 mL 亚甲基蓝溶液于50 mL比色管中，分别加入不同体积30% H2O2溶液，加入20 mg TiO2，并稀释至50 mL，摇匀，转移至100 mL锥形瓶中，在搅拌器上匀速搅拌60 min，转移至离心管中，以3000 r/min的转速离心分离10 min，取清液测定亚甲基蓝溶液的吸光度，计算脱色率，绘制脱色率-过氧化氢体积曲线图(如图2所示)。由图2可以看出，当H2O2溶液用量少于0.5 mL时，随着H2O2溶液用量的逐渐增加，亚甲基蓝溶液的脱色率逐渐增大，当H2O2溶液用量达到0.5 mL后，随着H2O2溶液用量的逐渐增加，亚甲基蓝溶液的脱色率基本保持不变，当H2O2溶液用量达到1 mL时甚至出现下降的趋势。从而确定H2O2溶液的加入量为0.5 mL。

图2　H2O2用量对亚甲基蓝脱色率的影响Fig.2　Effect of H2O2 dosage on decolorization rate of methylene blue

2.3TiO2催化剂投加量对亚甲基蓝脱色率的影响

用移液管移取10 mL亚甲基蓝溶液于50 mL比色管中，分别加入不同量的TiO2催化剂，加入0.5 mL 30% H2O2溶液，并稀释至50 mL，摇匀，转移至100 mL锥形瓶中，在搅拌器上匀速搅拌60 min，转移至离心管中，以3000 r/min的转速离心分离10 min，取清液测定亚甲基蓝溶液的吸光度，计算脱色率，绘制脱色率-二氧化钛用量曲线图(如图3所示)。由图中可以看出，当TiO2催化剂用量少于20 mg时，随着TiO2用量的增加，亚甲基蓝溶液的脱色率逐渐增大，当投加量超过20 mg 时，随着TiO2用量的增加，亚甲基蓝溶液的脱色效率几乎没有变化，从而确定TiO2催化剂的加入量为20 mg。

图3　TiO2用量对亚甲基蓝脱色率的影响Fig.3　Effect of TiO2 dosage on decolorization rate of methylene blue

2.4不同光源及不同光照时间对亚甲基蓝脱色率的影响

用移液管移取10 mL亚甲基蓝溶液于50 mL比色管中，加入0.5 mL的30% H2O2溶液，加入20 mg TiO2催化剂，并稀释至50 mL，摇匀，转移至100 mL锥形瓶中，在搅拌器上分别在日光灯光、紫外光、太阳光照射下搅拌30 min、60 min、90 min、120 min。然后转移至离心管中，以3000 r/min的转速离心离心分离10 min，取清液测定亚甲基蓝溶液的吸光度，计算脱色率，绘制脱色率-时间曲线图(如图4所示)。从图4可以看出，在加入0.5 mL的30% H2O2溶液、20 mg TiO2催化剂的条件下，随着光照时间的增加，亚甲基蓝溶液的脱色效率均逐渐增大，当光照时间超过90 min 后亚甲基蓝溶液的脱色率随着光照时间的增加增幅较小。在紫外光、太阳光和日光灯光三种光源中，紫外光比太阳光、日光灯光对亚甲基蓝溶液的脱色率影响更加显著，日光灯光照射90 min时亚甲基蓝溶液脱色率为67.7%，太阳光照射90 min时亚甲基蓝溶液脱色率为82.7%，而紫外光照射90 min 亚甲基蓝溶液脱色率高达99%以上。

图4　不同时光源及不同时间对亚甲基蓝脱色效果的影响Fig.4　Effect of different light sources at different time on the decolorization of methylene blue

3　结　论

光对TiO2催化H2O2氧化亚甲基蓝有显著的促进作用，在三种不同光源中，紫外光对亚甲基蓝溶液的脱色率影响最强，太阳光次之，日光灯光影响最弱。光照时间(反应时间)对亚甲基蓝溶液的脱色率有明显的影响，随着光照时间的增加，亚甲基蓝溶液的脱色率明显增加，当光照时间超过90 min后亚甲基蓝溶液的脱色率随着光照时间的增加增幅较小。在加入0.5 mL 30% H2O2溶液和20 mg TiO2的条件下，紫外灯照射90 min时亚甲基蓝溶液脱色率超过99%。

[1]刘国光,丁雪军,张学治,等.光催化氧化技术的研究现状及发展趋势[J]. 环境工程学报，2003,4(8): 65-69.

[2]高铁,钱朝勇.TiO2光催化氧化水中有机污染物进展[J].工业水处理,2000,20(4):10-13.

[3]朱春媚,陈双全,杨曦,等.几种难降解有机废水的光化学处理研究[J].环境科学,1997,18(6): 27-33.

[4]吕锡武,孙青春.紫外-微臭氧处理饮用水中有机优先污染物[J].中国环境科学,1997,18(4): 377-380.

[5]韦朝海,焦向东,陈焕钦.有毒难降解有机污染物治理方法的研究进展[J].重庆环境科学,1982,20(4): 22-27.

[6]A Fujishima, K Honda. Electrochemical Photolysis of Water at a Semiconductor Electrod[J]. Nature, 1972,238(5338): 37-38.

[7]张洪林.难降解有机物的处理技术进展[J].水处理技术,1998,24(5): 259-264.

[8]X L Zhu,C W Yan.Photocatalytic Degradation of Pesticide Pyridaben on TiO2Particles [J], Journal of Molecular Catalysis, 2005, 229(L-2): 95-105.

Degradation of Methylene Blue by Photocatalytic Oxidation*

CHENXin-han，LIGuang-chao

(School of Chemistry and Chemical Engineering, Jiangsu Normal University, Jiangsu Xuzhou 221116, China)

The decolorization rate of methylene blue solution was calculated according to the absorbance before and after degradation, the effects of the amount of H2O2and TiO2, illumination time and other factors on the decolorization rate were discussed. The experimental results showed that the catalytic effect of TiO2on the oxidation of methylene blue by H2O2was promoted by light, in three kinds of different light sources of ultraviolet light, sunlight and fluorescent lamp light, the effect of UV on the decolorization rate of methylene blue solution was the strongest, and the fluorescent lamp light had the weakest effect. When 0.5 mL H2O2(30%) and 20 mg TiO2were added in reaction solution, illumination time was 90 min, the decolorization rate was more than 99%.

methylene blue; TiO2; degradation; photocatalytic oxidation

江苏高校品牌专业建设工程项目(项目编号：PPZY2015B110)。

李广超(1964-)，男，工学硕士，副教授。

X703.1

A

1001-9677(2016)018-0083-03