晁俊

摘 要：本文以鎢酸鈉，磷酸氫二鈉為原料合成了活性較好的光催化劑單缺位磷鎢酸鈉鹽。以氙燈為燈源，選擇具有代表性的有機(jī)污染物甲基紅為降解對(duì)象，研究了催化劑投加量、pH值、甲基紅初始濃度對(duì)光催化降解效果的影響;實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：一缺位磷鎢酸鈉鹽具有較好催化活性，當(dāng)它在投加量為1.5g/L，甲基紅濃度為5mg/L，pH為1.5，在紫外光照射下催化反應(yīng)60min時(shí)，甲基紅的降解率高達(dá)99.5%;

關(guān)鍵詞：?jiǎn)稳蔽涣祖u酸鈉鹽 合成 降解 甲基紅

目前，利用光化學(xué)法對(duì)污染的水進(jìn)行環(huán)境修復(fù)和治理的基礎(chǔ)及應(yīng)用研究十分活躍。具有代表性的是以TiO2為光催化劑破壞有機(jī)污染物，國(guó)內(nèi)外學(xué)者都進(jìn)行了廣泛而系統(tǒng)的研究[1-4]。用TiO2光催化降解有機(jī)污染物的最終產(chǎn)物可能是CO2、H2O和相關(guān)的各種無(wú)機(jī)離子（Cl - ?，NO3 – 等），然而，在某些情況下，由于形成了穩(wěn)定的中間體，TiO2就不能徹底地將有機(jī)物礦化。近年來(lái)，具有與TiO2相似的分子材料引起了人們的極大關(guān)注，其中多酸（鹽）成為最熱門的話題，它包括同多酸（鹽）和雜多酸（鹽）等[5，6]。它既具有酸性又具有氧化還原性，催化活性高，選擇性好，反應(yīng)條件溫和，無(wú)毒，不腐蝕設(shè)備等優(yōu)點(diǎn)。是一類多功能催化材料，是一項(xiàng)處理工業(yè)廢水極具發(fā)展前景的新方法。本文以甲基紅溶液為難降解有機(jī)物廢水模型，一缺位磷鎢酸鈉鹽作光催化劑，同時(shí)把催化劑負(fù)載在陰性樹脂上，在可見光照射下進(jìn)行光催化降解試驗(yàn)的研究

一、實(shí)驗(yàn)部分

1.主要儀器與試劑

光化學(xué)反應(yīng)儀XPA系列; pHS-3C型pH計(jì);TU-1901雙光束紫外可見分光光度計(jì);BS/BT系列電子天平;DZF-6050型真空干燥箱;DHG-9070型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱。

甲基紅（AR）;高氯酸（AR）;硝酸（AR）;鎢酸鈉（AR）;磷酸氫二鈉（AR）;丙酮（AR）。

2.實(shí)驗(yàn)方法

（1）單缺位磷鎢酸鹽的合成

參照文獻(xiàn)方法合成[7]，稱量0.22 mol（72.5g）二水合鎢酸鈉和0.02 mol（7.16g）十二水合磷酸二氫鈉，溶于150 - 200 mL 的水中，用濃硝酸調(diào)節(jié)溶液的pH = 4.8。將該溶液加熱至80 - 90℃，蒸發(fā)濃縮至原溶液的一半。冷卻后加入80 - 100 mL 的丙酮萃取，分離去上層丙酮液，重復(fù)用丙酮萃取，直至丙酮萃取液檢測(cè)不到硝酸根離子。在50℃條件下干燥，研磨得白色粉末產(chǎn)品。

（2）光解實(shí)驗(yàn)

在光催化反應(yīng)儀中放入一定濃度的甲基紅溶液和一定量的催化劑，在可見光照射下通過(guò)電磁攪拌使其受光輻射均勻，每間隔10min取樣分析。

（3）分析方法

試樣分析采用分光光度法，先用紫外可見分光光度計(jì)在紫外和可見光區(qū)域?qū)谆t溶液進(jìn)行全波段（190nm～900nm）掃描，確定甲基紅溶液的最大吸收波長(zhǎng)為523nm，再用紫外可見分光光度計(jì)在此波長(zhǎng)下測(cè)定抽取樣品的吸光度，通過(guò)脫色率的高低來(lái)判斷甲基紅的降解程度。試樣脫色率（DC）的計(jì)算公式為：

DC=[（A0-A）/A0]×100%

式中：A0為光照前試樣的吸光度;A是光照時(shí)間為t時(shí)試樣的吸光度。

二、結(jié)果與討論

1.催化劑的紅外光譜分析

對(duì)合成的樣品進(jìn)行了紅外表征。Na7PW11O39的紅外光譜圖， 在1100-700cm-1范圍內(nèi)出現(xiàn)Keggin型缺位雜多陰離子特有的紅外伸縮振動(dòng)和反伸縮振動(dòng)峰，其中四個(gè)主要的吸收帶，分別為1089cm-1，953 cm-1，859 cm-1，808 cm-1，歸屬為骨架伸縮振動(dòng)和中心四面體振動(dòng)。其數(shù)據(jù)與文獻(xiàn)表征十分相似，故合成的樣品確定為Keggin型缺位雜多酸鹽Na7PW11O39。

2.空白實(shí)驗(yàn)

在其他條件相同的情況下，進(jìn)行加催化劑無(wú)光照和光照不加催化劑的空白實(shí)驗(yàn).實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，有催化劑無(wú)光照，甲基橙溶液不脫色;光照不加催化劑甲基橙溶液雖有脫色現(xiàn)象，但遠(yuǎn)低于光催化脫色

3.單缺位磷鎢酸鹽對(duì)甲基紅的光降解效果。

（1）催化劑投加量對(duì)降解率的影響

取7份10mg/L的甲基紅溶液250mL，催化劑的濃度分別為0.5g/L、1.0 g/L、1.5g/L、2.0g/L、2.5g/L，7份溶液的pH值都調(diào)為2.0，進(jìn)行光催化降解，每10 min取樣測(cè)其吸光度。隨著催化劑投加量的增大，甲基紅的脫色率不斷提高，但當(dāng)投加量增大到一定程度后，再增大催化劑用量，甲基紅的脫色率反而逐漸減小，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得催化劑的最佳加入量是1.5g/L。

（2）甲基紅溶液pH值對(duì)降解率的影響

取四份10mg/L的甲基紅溶液250mL，催化劑濃度1.5g/L，分別調(diào)pH值為1.0、1.5、2、2.5，光照60min，每隔10 min取樣測(cè)其吸光度，計(jì)算降解率。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可看出甲基紅溶液的脫色率隨酸性的增強(qiáng)而增大，但酸性達(dá)到一定程度后，再增強(qiáng)酸性降解率變小。當(dāng)pH=1.5時(shí)，30min脫色率可達(dá)96.3%，60min降解率達(dá)到98.5%。

（3）甲基紅溶液的濃度對(duì)降解率的影響

在最佳催化劑用量及最佳pH值的條件下，以初始濃度分別為5 mg/L、10 mg/L、15 mg/L、20 mg/L、25 mg/L的甲基橙溶液，在催化劑用量為1.5 g/L，pH=1.5 的條件下進(jìn)行光催化降解反應(yīng)。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知甲基紅溶液的脫色率隨光照時(shí)間的增長(zhǎng)而增大，同時(shí)隨著甲基紅溶液的初始濃度的增大，脫色率不斷降低，說(shuō)明甲基橙的初始濃度越大，光催化反應(yīng)的速率就越慢，脫色率就越低。實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，甲基紅初始濃度為5 mg/L 時(shí)，催化劑的活性最高，脫色率可達(dá)99.5%。

結(jié)語(yǔ)

單缺位磷鎢酸鈉鹽光催化劑對(duì)甲基紅降解表現(xiàn)出很高的活性，甲基紅脫色率受催化劑投加量﹑pH值、甲基紅的初始濃度等因素的影響。實(shí)驗(yàn)表明：甲基紅的初始濃度越大越難降解;在pH=1.5，催化劑濃度為1.5g/L，底物濃度為5mg/L時(shí)，60min后甲基紅溶液降解率高達(dá)99.5%。

參考文獻(xiàn)

[1]時(shí)桂杰.光催化氧化處理水中污染物的研究進(jìn)展及發(fā)展趨勢(shì)[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，1998，21（3）：1～4.

[2]王怡中，符雁，湯鴻霄..二氧化鈦懸漿體系太陽(yáng)光催化降解甲基橙研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，1999，19（1）：63～67.

[3]王敏，朱佐毅，白愛(ài)民，等.磷鎢酸借自然光催化甲基橙溶液降解脫色的研究[J].化學(xué)試劑，2006，28（9）：515～517.

[4]朱秀華，朱敏，王煒.多金屬氧酸鹽光催化降解水中有機(jī)污染物[J].化學(xué)通報(bào)，2004，67：17.

[5]王恩波，胡長(zhǎng)文，許林.多酸化學(xué)導(dǎo)論[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社.1998.