光催化降解丁基黄药下的作用机制

方鉥 张翠 闫瑞峰 张焕 刘子薇 方继敏

摘要：通过化学诱导自转变法制备了二氧化钛光催化剂。采用UV-vis研究了丁基黄药在二氧化钛光催化剂作用下15min、30min、60min、120min、180min时的UV-vis图，结果表明，经过120min光催化降解后，黄药特征吸收峰逐渐削弱，新增348.0nm处的吸收峰为其降解过程中的中间产物过黄药。经180min光催化反应后，348.0nm处的吸收峰消失过黄药分解完毕，此时黄药降解率为97%。

关键词：丁基黄药；光催化；二氧化钛；中间产物；过黄药

引言：

经济发展的同时也对自然环境造成了极大的压力，水污染问题成为威胁我国环境保护的一个重大问题[1，2]。丁基黄药是选矿废水中常见的残留选矿药剂，生物毒性大[3，4]。该类废水如不经处理直接排入水体，会导致水质恶化，，破坏周边生态环境。有学者研究表明黄药浓度高于13.5mg /L会延缓草鱼胚胎发育的进程[5][6][7]。目前选矿废水中对黄药的残留仍靠测定废水中的COD含量，当废水COD含量达到排放《铅、锌工业污染物排放标准》（GB25466-2010）排放标准时（≤60mg/l），水中仍可能残存低浓度的黄药（相当于≤40mg/l）[8]，残余的黄药会通过生物富集对人和动物的胎儿产生不可逆的致畸影响[6]。同时黄药在水中极易分解为二硫化碳和醇，通过挥发溢出水体形成二次污染[8，10]，如何解决水中低浓度的黄药污染、消除黄药毒害及二次污染问题，探索低浓度的黄药废水高效去除的方法及作用机制，是矿业废水处理中重要的课题之一[8-10]。

二氧化钛光催化技术近些年受到越来越广泛的关注，是一种绿色环境治理技术，广泛的应用于降解水中的有机污染物。二氧化钛光催化技术具有操作过程简单、降解适用性强、成本低、反应时间短、污染物矿化完全等特点[4]。本论文拟研究二氧化钛光催化在不同环境因子作用下对黄药废水的降解作用，以期为黄药废水降解工艺及理论研究提供指导。

1.实验试剂及仪器

1.1实验药剂及设备

氢氧化钠、盐酸均为分析纯，黄药工业级，来自江西万国矿业。BS224S电子天平，PHS-3C酸度计，DZF-6020电热真空干燥箱，TDL-5高速离心机，SGY-1多功能光化学反应仪，日本岛津 UV-2500 型紫外可见光谱仪。

1.2光催化剂的制备

二氧化钛光催化剂通过化学诱导自转变法制备[10]。

1.3光催化实验方法

配置60ppm的丁基黄药溶液，加入不同质量二氧化钛催化剂在紫外光照射的情况下进行磁力搅拌，分别在15min、30min、60min、120min、180min时，静置10分钟取上清液0.45um膜过滤，利用紫外全波长扫描法分别测其该时间段的吸光度及吸收峰。

3 结果与讨论

3.1所制备样品的表征

所制备二氧化钛的XRD见图1。

3.2黄药废水的光降解实验

3.2.1黄药废水的紫外吸收图谱

配置60ppm的丁基黄药模拟废水，进行紫外扫描可得其紫外吸收图谱，如图3所示。

由图3可知，丁基黄药废水在226.0nm与301nm有特征吸收峰，由文献[4，6，7]，这两处吸收峰为黄药特征峰。

3.2.2黄药废水的光催化降解

黄药废水在光催化降解的不同时段15min、30min、60min、120min、180min时，黄药废水在不同光催化降解时间下的UV-vis见图4。

由图4可知，随着光降解时间的延长，丁基黄药的226.0nm、301nm两个特征吸收峰逐渐衰减，在120min出现过黄药（ROCS2O–）的对应吸收峰348.0nm。表明紫外光下二氧化钛光催化剂可以有效分解黄药，中间产物是过黄药。对比图4与表1可见，经过120min光催化降解后，黄药特征吸收峰已有较大程度的减小，348.0nm处的吸收峰产生的原因在于，在光催化剂作用下产生的羟基自由基的强氧化作用和C-C键较C-S键更难打开这一特性，降解过程中先生成过黄药（ROCS2O–）[4，6，7]，经180min光催化反应后，348.0nm处的吸收峰消失，表明过黄药（ROCS2O–）分解完全，此时UV-vis定量分析表明丁基黄药降解率为97%。

4.结论

二氧化钛光催化法可以在短时间内有效降解黄药。丁基黄药降解120min出现的中间产物为过黄药，通过180min光降解后，中间产物过黄药分解完全。经UV-vis定量分析表明此时丁基黄药降解率为97%。

参考文献

[1] 刘继凤，刘继永，朱进勇.浅谈工业废水中难降解有机污染物处理技术及发展方向[J].环境科學与管理，2008（04）：120-122.

2018年自主创新研究基金本科生项目；2018-ZH-B1-02

基金项目：国家自然科学基金（51272189；51672196）

（作者单位：1.湖北省招标股份有限公司；

2.武汉理工大学资源与环境工程学院）