负载型广枣多糖镧降解甲基红

赵玉英，王琳琳， 宋娟娟，周 宏 ， 李 强

(1.内蒙古民族大学分析测试中心 化学与材料学院，内蒙古 通辽 028043；2.内蒙古通辽市农畜产品质量安全中心，内蒙古 通辽 028000；3.广州华夏职业学院卫生健康学院，广东 广州 510900)

随着我国印染与染料工业的迅速发展，染料的使用日趋增加，纺织废水的产生也呈比例增长，染料废水的直接排放不但破坏了水体、土壤等生态环境，也对人类健康造成了威胁[1-2].甲基红是工业上常用的偶氮染料之一，其结构稳定，生物降解难度大，用常规的污水处理方法难以去除.当前有机废水溶液的去除或降解方法有Fenton法、生物法、吸附法和复合材料光催法等[3-6].多糖结构中含有羟基、氨基和羧基等基团，它们与金属离子配位，能形成多孔结构的多糖金属复合物，已有学者将多糖类即β-环糊精与金属相互作用用于环境治理.本文首次将广枣多糖镧负载在载体上制成负载型光催化剂，在太阳光照射下，能有效降解有机污染物甲基红.

1 实验部分

1.1 仪器及试剂

广枣购置于蒙王医药集团有限责任公司(批号：0910245)；氧化镧、甲基红、硅藻土、苯酚、95%乙醇、双蒸馏水、丙酮、乙醚、浓硫酸等均为AR试剂，葡萄糖(江西佰草园生物科技有限公司，批号：BCY-000577).UV—240型分光光度计(日本岛津)；玛瑙研钵，封口膜、试管(50 mL)等仪器；800目标准分样筛(绿诺科技有限公司).

1.2 催化剂的制备和溶液的配制

1.2.1 广枣多糖的提取

按文献[8]的方法提取了多糖并测定多糖含量和多糖组分，测定结果均符合文献[8].取300克广枣，得到28.5克浅黄色广枣多糖，以葡萄糖为标准品，用硫酸苯酚法测定多糖含量，标准曲线的回归方程为：y=10.13C+0.0054(r=0.9997)，检出线为0.12mg/L，RSD为0.87%～1.52%(n=3).广枣多糖的含量为90.1%.

1.2.2 广枣多糖镧复合物的制备

准确称取多糖5.00克加入0.3122 g氧化镧(多糖镧中镧占质量的2%)，用玛瑙研钵研细，过800目筛子，得到广枣多糖镧复合物.

1.2.3 硅藻土-广枣多糖镧负载型催化剂的制备

用天平分别准确称取五份5.00 g、7.00 g、10.00 g、13.00 g、15.00 g的硅藻土，再称量五份1.00 g 广枣多糖镧复合物，使硅藻土与广枣多糖镧复合物按质量比为5∶1、7∶1、10∶1、13∶1、15∶1混合，再用玛瑙碾钵研磨过800目筛，以供备用.

1.2.4 甲基红标准溶液的配制

0.1 mg/mL甲基红溶液的配制：用分析天平称取0.1000 g甲基红，放入洁净干燥的烧杯中，加约20 mL 95%的乙醇，充分搅拌，使其完全溶解，以蒸馏水为溶剂定容于1000 mL的容量瓶，充分摇匀，放在避光处备用.

1.3 催化性能评价

1.3.1 日光照射下催化剂的作用

取45支洁净干燥的50 mL试管，5支一组，分为9组，贴上标签；第一组为空白实验，第二组加广枣多糖3.5 mg，第三组加广枣多糖镧复合物3.5 mg，第四组加入硝酸镧10.0 mg，第五组加入硅藻土20.0 mg，第六组至第九组分别加入硅藻土负载广枣多糖镧的质量比为5∶1、7∶1、10∶1、13∶1、15∶1各20.00 mg于试管中，再分别加入30.00 mL的0.1 mg/mL甲基红溶液于试管中，将这45支试管密封处理，再放置在自然光照射下降解.每间隔2、4、6、8天后，测定甲基红溶液降解后吸光度，并计算其降解率.

2 结果与讨论

2.1 最大吸收波长的确定

利用UV在200～800 nm波长范围内对甲基红标准溶液进行扫描(见图1)，从图1可知，最大吸收波长为408 nm.

图1 甲基红溶液的UV谱图

2.2 标准曲线的绘制及回归方程

分别将甲基红标准溶液用蒸馏水稀释，使其浓度达到0.0050 mg/mL、0.010 mg/mL、0.014 mg/mL、

0.017 mg/mL、0.020 mg/mL，用蒸馏水作参比液，在最大波长为408 nm处，用紫外-可见分光光度计测定相应的吸光度值，根据测量出的吸光度与浓度的关系，画出标准曲线图(见图2)，并计算出回归方程.

图2 甲基红标准曲线图

由图2得到线性回归方程为y=39.536x+0.0006，相关系数r=0.9999，检出线为1.5 mg/L，线性范围3～20 mg/L，测定甲基红含量的RSD为0.8%～3.2%(n=3).

2.3 甲基红溶液降解率的测定

甲基红降解率的计算如下：

降解率=[(C0-Ct)/C0]×100 %

其中C0为光照前甲基红溶液的浓度，Ct为t时刻甲基红降解后的浓度.

2.3.1 光照下甲基红的降解率

按照催化性能评价的降解试验步骤进行操作，分别测定照射2 d，4 d，6 d，8 d后甲基红降解后的吸光度值，再用回归方程计算甲基红降解浓度，最后利用降解率的公式计算甲基红降解百分率，有关数据见图3.

图3 负载型硅藻土-广枣多糖镧复合物对甲基红随时间的降解曲线

从图3得知，在光催化剂存在下，甲基红的降解率随光照时间的延长，降解率增加.当降解率达到80%以上时，甲基红的红色基本消失.硅藻土、硝酸镧作光催化剂时，对甲基红的降解率与空白实验(4.50%)接近，分别为4.50%、5.48%，可以认为基本没有降解作用.单一广枣多糖、广枣多糖镧复合物作光催化剂时，也能降解甲基红，降解率分别为9.56%和39.28%，广枣多糖的降解率很低，广枣多糖镧复合物虽然有一定降解作用，但负载在硅藻土上的多糖镧复合物较单一的多糖镧复合物对甲基红的降解率高出41.98%.不同质量比负载型的硅藻土与广枣多糖镧复合物作光催化剂时，对甲基红的降解率不同，质量比为5∶1、7∶1、10∶1、13∶1、15∶1时的负载型光催化剂的降解率分别为81.26%、80.78%、60.35%、39.82%、26.51%，质量比为5∶1和7∶1两者对甲基红降解曲线非常接近，基本重合，鉴于硅藻土与广枣多糖镧复合物7∶1时较5∶1的用多糖镧的质量少，因此选硅藻土与多糖镧质量比7∶1为有效负载型光催化剂.

3 展望

光催化是一种低成本，不产生二次污染，且高效安全清除和净化环境的有效技术,被认为是解决环境污染问题最好的方式之一.多糖镧复合物负载在硅藻土上作光催化剂时，具有较高的比表面积、孔结构等特点，在太阳光的照射下，能有效降解甲基红，而对降解其他类的有机污染物及实际应用需进一步深入研究.