氧化铋光催化剂降解亚甲基兰反应条件研究.pdf

第43卷第7期
化工技术与开发
2014年7月
Technology & Development of Chemical Industry
Jul.2014
氧化铋光催化剂降解亚甲基兰反应条件研究
高红1,王学同2
(1.天津现代职业技术学院,天津300350:2.天津市津南区环保局,天津300350)
摘要:氧化鉍作为一种光催化剂,可应用于水中有机污染物的降解,并且氧化懿可实现对太阳光的有效利用,节
约水处理成本。在氧化鉍降解亚甲基兰模拟废水的实验中,影响其反应效果的因素包括催化剂用量、模拟废水浓度、
pH值等。通过单因素和正交实验,确定了氧化鉍降解亚甲基兰反应过程中的最佳实验条件。
关词:光催化剂;氧化铋;亚甲基兰;反应条件
中分类号:X703
文献标识码:A
文章编号:1671-99050201407-00503
我国鉍资源非常丰富,已探明储量占世界总储量沉淀慢慢变黄,实验终点时plH值大于12。将沉淀过
的70%以上。佖具有共价鍵和金属键的特性,这种结滤,用蒸馏水洗涤,在100℃下烘干,即得Bi03产品。
构决定了鉍具有一系列独特的理化性能,加之其为1.2.2氧化鉍降解亚甲基兰反应条件研究
绿色金属,应用领域不断扩大。因此,对进行深度
将亚甲基兰溶于水,配制亚甲基兰溶液用作模
加工,形成氧化,对其开发和研究意义重大。
拟废水,在反应器中加人模拟废水,加入光催化剂和
氧化铋应用非常广泛,主要用作电子陶瓷粉体双氧水,于太阳光下进行照射,在不同的条件下进行
材料、电解质材料、光电材料、高温超导材料、催化剂光催化降解实验。对反应液离心分离,取上层清液
等。氧化鉍是一种半导体光催化材料,利用半导测定吸光度,计算脱色率。
体材料光催化降解水中污染物是目前比较热门的研
脱色率/%
原水吸光度一处理后水吸光度
x100%
究课题之一,光催化剂可以在反应中产生具有强氧
原水吸光度
化能力的空穴和羟基自由基,因而备受人们的关注。2结果与讨论
氧化鉍帯隙能为2.8eV,吸收波长较长,可以实现对
2.1亚甲基兰降解反应
太阳光的利用,从而降低水处理成本。
配制亚甲基兰模拟废水,进行光催化氧化处
实验部分
理,处理前后亚甲基兰的紫外-可见光谱如图1
1.1试剂与仪器
所示。未经处理的亚甲基兰分子的主要发色团是
硝酸鉍(化学纯),氢氧化钠(分析纯)亚甲基兰>C=Nー,在665m处有主要吸收,吸光度为1.3。
(分析纯)。
由图1可知,处理后吸光度减小到0.07,说明脱色较
722分光光度计,79HW-1恒温磁力搅拌器,
完全,基团受到破坏。
G32813型分析天平,XYJ-802离心沉淀机。
ー-处理前一处理后
1.2实验方法
12.1光催化剂Bi2O3的制备
硝酸铋与氢氧化钠反应,生成氢氧化铋具有弱酸性,
在虽碱条件下进一步反应生成氧化鉍脚,反应応式如下:
0.4
2BI(NO3 )3+6NAOH-+;+ 6NANO+ 3H?0
将硝酸铋溶于HINO2,在85℃下,将NaOH溶液
400
600
滴入硝酸铋溶液中,快速搅拌,先生成白色沉淀,后
图1亚甲燕兰处理前后紫外-可见光谱图
作者简介:高红(1981-),女,汉族,天津市人,讲师,硕士,主要从事环境污染物治理,E-mail:g0121@126com
收稿日期:2014-05-26
化工技术与开发
第43卷
根据亚甲基兰的紫外-可见光谱,亚甲基兰在化反应,计算脱色率,结果如表
所示
665nm处有最大吸收。配制不同浓度的亚甲基
表4亚甲基兰初始浓度对脱色率影响
兰模拟废水,在1=65mm处测定吸光度,作吸初始浓度Ang?L)58101215
光度和浓度的关系曲线,实验数据如表1所示。
脱色率/%
84.644.838.936.427.7
表1亚甲基兰浓度与吸光度
注:Bi10O3100mg,1%H2022mL,反应时间20min
浓度(mg:L
1.0
2.0
2.5
3.0
吸光度A
0.1790.2630.3430.4280.484
由表4实验结果可以看出,随亚甲基兰溶液初
浓度mg?L')3.54.04.55.0
始浓度的增大,脱色率明显减小。因为随着浓度的
吸光度A0.5730.6520.7150.795
增加,有机物分子与羟基自由基作用增加的同时,有
2.,2单因素实验
机物分子阻挡光线的作用增强,阻碍了羟基自由基
2.2.1光催化剂用量
的生成,二者综合的影响造成了上述结果。
在不同光催化剂用量下,进行光催化反应2.2.4pH值
20min,计算脱色率,结果如表2所示。
在不同pH值下,进行光催化反应,计算脱色率,
表2性化剂用量对脱色率影响
结果如表5所示。
Bi203用量/mg5075100125150
丧5pH值对脱色率影响
脱色率/%24.2541.6043.2753.1758.97
值
3
6
9
注:亚甲基兰浓度6mg?L,pH=5,1%H2O2mL,反
脱色率/%62.261.853.4
15,4
应时间20min
注:亚甲基兰浓度6mg·L,BiO3100mg,1%H20
由表2实验结果可以看出,增加催化剂用量,脱
2mL,反应时间20min
色率增大,但随催化剂量的增加,脱色率增加趋势减
由表5可以看出,在Bi2023光催化体系中,当
缓,因为当催化剂量达到某一值时,光子的能量得到pH值大于7时,催化效果明显降低,在pH值小于7
了最充分的利用,继续増加光催化剂用量,会使溶时,催化效果显著,其中以pH=4时亚甲基兰的脱色
液的浊度增加,透光度减小,脱色率增加减缓。这充率最好,随着pH值的升高,催化效果渐渐降低。而
分说明了无论是从处理效果还是成本上考虑,光催在pH=7时,反应几ル乎没有进行。
化剂的投加量有一适宜值。
出现该现象的原因在于,溶液的p值较低时,
2.2.2H202用量
H值影响半导体光催化剂的价带空穴和导带电子
在不同H12用量下,进行光催化反应,计算脱的转移,从而影响降解。质子化的B203表面带有
色率,结果如表3所示。
正电荷,在酸性介质中将促使导带电子向Bi202表
表3H2O2用量对脱色率影响
面转移,而在中性条件下,水分子与价带空穴反应而
H202用量/mnL
3
4
形成?OH和质子。随着pH值的升高,由于OH
脱色率/%43.89546245.7341.1826.64量的增加,Bi_O3颗粒表面带负电荷,不利于电子由
注:亚甲基兰浓度6mg?L1,Bi03100mg,反应时间颗粒内部到表面的转移,使降解过程减缓。
20min, PH=5
由表3实验结果可看出,随着H2O2用量的增加,2.3正交实验
脱色率增大,但增大到一定程度后脱色率反而呈下
为了进一步确定光催化反应的最佳反应条件
降趋势,HO用量有一个峰值。这是因为HO2是通过单因素实验,确定反应条件对亚甲基兰降解影