據(jù)美國Color Index統(tǒng)計，目前使用的染料達萬種之多，它們不但有特定的顏色，結(jié)構(gòu)復雜，而且大多不易生物降解，具有潛在的毒性。因而高色度的染料廢水處理是當前環(huán)保領(lǐng)域較活躍的課題之一。目前常用的染料廢水處理方法有絮凝沉降法(無機絮凝[1]、有機高分子絮凝[2]、微生物絮凝[3])、電化學法[4]、氧化法(化學氧化[5]、光催化氧化[6]、超聲波氧化[7])、生化法[8]、吸附法(活性炭吸附[9]、離子交換吸附[10]、天然礦物吸附[11]、煤和煤渣吸附[12])等。

光觸媒劑是一種分子級的金屬氧化物材料，將其涂布于基材表面，在光線的作用下，能產(chǎn)生強烈的催化降解功能。光催化氧化技術(shù)利用光催化劑在反應(yīng)體系中產(chǎn)生的活性極強的自由基與有機污染物之間的加合、取代、電子轉(zhuǎn)移等過程在輻照條件下使污染物降解為無機物[13,14]，是處理污染廢水的有效途徑。

作者在此以WO3/TiO2復合光觸媒劑(即含4% WO3、96% TiO2的復合納米光觸媒劑)處理染料廢水，并對其脫色條件進行了優(yōu)化，比較了紫外光照射以及日光聚焦照射對模擬染料廢水的脫色效果，探討了利用太陽光的方法，為進一步利用綠色能源、降低處理成本提供了理論基礎(chǔ)。

1 實驗

1.1 試劑與儀器

WO3，國藥集團化學試劑有限公司；TiO2，上海前進化學試劑廠；SRE活性艷藍，江蘇申新染料化工股份有限公司。

UV1100型紫外可見分光光度計，上海天美科學儀器有限公司；722型分光光度計，上海精密儀器廠；JB-1A型磁力攪拌器，上海雷磁儀器廠；800型離心機，上海安亭科學儀器廠；電子天平，上海越平科學儀器有限公司；石英透鏡，金壇中平石英玻璃儀器廠。

1.2 方法

1.2.1 模擬染料廢水的配制

準確稱取0.1002 g SRE活性艷藍溶于1 L容量瓶中，定容，搖勻，即為100.2 mg·L-1模擬廢水。該廢水呈藍色，測其pH值為6.5。

1.2.2 脫色方法

準確稱取一定量的WO3/TiO2復合光觸媒劑于石英燒杯中，加入10.00 mL模擬染料廢水，控制溶液pH值，光照條件下磁力攪拌，使光觸媒劑始終處于懸浮狀態(tài)；一段時間后，離心分離，取上層清液測定吸光度(A)，計算廢水色度去除率。

1.2.3 分析方法

模擬染料廢水的吸收光譜用紫外可見分光光度計測定，離心液吸光度用722型分光光度計測定。分別測定處理前后最大吸收波長處的吸光度值，按下式計算廢水色度去除率。

式中：E為廢水色度去除率；A0為模擬染料廢水光催化處理前的吸光度；A1為模擬染料廢水光催化處理后的吸光度。

2 結(jié)果與討論

2.1 模擬染料廢水的紫外可見吸收光譜分析

圖1為100.2 mg·L-1模擬染料廢水的紫外可見吸收光譜。

圖1 染料廢水的紫外可見吸收光譜圖

由圖1可看出，模擬染料廢水在450～700 nm范圍內(nèi)有一吸收峰，最大吸收波長為600 nm，吸光度值為1.075。初步實驗發(fā)現(xiàn)pH值對模擬染料廢水吸光度的影響不大，后續(xù)實驗均采用該模擬廢水。

2.2 WO3/TiO2光觸媒劑用量對色度去除率的影響

移取10.00 mL模擬染料廢水于石英燒杯中，加入WO3/TiO2光觸媒劑，用0.30 mol·L-1的HCl溶液調(diào)pH值至2.5，用石英透鏡聚焦2根20 W紫外燈照射1.0 h，離心分離，取上層清液測其吸光度，并計算色度去除率，結(jié)果見圖2。

圖2 WO3/TiO2光觸媒劑用量對色度去除率的影響

由圖2可看出，隨著WO3/TiO2光觸媒劑用量的增加，廢水色度去除率逐步升高，在WO3/TiO2光觸媒劑用量為3 g·L-1時，色度去除率達到最大35.43%，之后逐步下降。這可能是因為WO3/TiO2光觸媒劑用量較少時，其表面的電子空穴對較少，對具有高度活性的羥基自由基的生成不利；當WO3/TiO2光觸媒劑用量過多時，理論上，在極短的時間內(nèi)產(chǎn)生了大量的羥基自由基，但由于產(chǎn)生的速度過快，以至于羥基自由基自身迅速發(fā)生反應(yīng)而不與廢水中的有機物發(fā)生作用，達不到降低廢水色度的目的；另外WO3/TiO2光觸媒劑用量過多也會懸浮在溶液中，影響溶液的透光率，導致色度去除率下降。因此，選擇最佳WO3/TiO2光觸媒劑用量為3 g·L-1。

2.3 光照時間對色度去除率的影響

移取10.00 mL模擬染料廢水于石英燒杯中，加入3 g·L-1的WO3/TiO2光觸媒劑，用石英透鏡聚焦2根20 W紫外燈照射，離心分離，取上層清液測其吸光度，并計算色度去除率，結(jié)果見圖3。

圖3 光照時間對色度去除率的影響

由圖3可知，色度去除率隨著光照時間的延長逐漸升高，但光照超過1.0 h后，色度去除率上升速率減慢?？紤]到節(jié)能問題，選擇最佳光照時間為1.0 h。

2.4 廢水pH值對色度去除率的影響

移取10.00 mL模擬染料廢水于石英燒杯中，加入3 g·L-1的WO3/TiO2光觸媒劑，用0.10 mol·L-1的HCl溶液或0.05 mol·L-1的NaOH溶液調(diào)pH值，用石英透鏡聚焦2根20 W紫外燈照射1.0 h，離心分離，取上層清液測其吸光度，并計算色度去除率，結(jié)果見圖4。

圖4 pH值對色度去除率的影響

由圖4可知，廢液偏酸性較有利于光觸媒劑氧化反應(yīng)的進行。在pH值為2.5時，色度去除率達到最大34.85%。其原因可能是pH值太大或太小都不利于羥基自由基的穩(wěn)定存在。因此，選擇最佳pH值為2.5。

2.5 光照方式對色度去除率的影響

移取10.00 mL模擬染料廢水于石英燒杯中，加入3 g·L-1的WO3/TiO2光觸媒劑，用0.30 mol·L-1的HCl溶液調(diào)pH值至2.5，分別采用不同光照方式照射1.0 h。離心分離，取上層清液測其吸光度，并計算色度去除率，結(jié)果見表1。

表1 光照方式對色度去除率的影響

由表1可知，日光聚焦照射的色度去除率比日光照射高，與紫外光照射相差不大。這是因為聚光可以增強光的強度，透鏡的直徑大于石英燒杯的直徑，可以將更大范圍的光線強烈作用到溶液上，提高了光觸媒劑的作用效果。因此，通過透鏡聚光照射，日光在較短時間內(nèi)也能對染料廢水起到良好的脫色效果，可以代替紫外光，值得推廣使用。

3 結(jié)論

(1)利用光催化氧化技術(shù)，以WO3/TiO2光觸媒劑對染料廢水進行脫色處理的最優(yōu)化條件為：光觸媒劑用量3 g·L-1、pH值2.5、用石英透鏡聚光照射1.0 h。

(2)采用WO3/TiO2光觸媒劑光催化氧化技術(shù)可以有效地去除染料廢水的色度，表明在石英透鏡聚光條件下，日光能夠代替紫外光對廢水進行有效的脫色處理。由于日光是最天然的綠色能源，在能源緊缺的今天，此方法值得推廣應(yīng)用。

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