磷钨酸光催化降解有机污染物研究进展.pdf

2015年11月
鲁瑶等磷钨酸光催化降解有机污染物硏究进展
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磷钨酸光催化降解有机污染物硏究进展
鲁瑶,杨水金
(湖北师范学院化学化工学院,溯北黄石435002)
摘要综述了近年来磷钨酸和负载型磷钨酸在光催化降解有机污染物方面的应用。着重介绍
负载型磷钨酸的催化合成和光催化降解有机污染物的应用,研究结果表明,Z/Al类水滑石及其
插层材料、磷钨酸表面修饰TiO2光催化降解污染物降解率最高。
关键词磷钨酸光催化降解有机污染物水滑石
20世纪80年代末,光催化氧化开始应用于类对环境保护的日益重视,许多学者研究用TO
环境污染控制领域,与传统水处理技术相比,光催催化光解处理染料废水,但TiO2并不能对所有的
化具有显著的节能、高效、污染物降解彻底等优物质都体现光催化活性:因此有必要针对不同有
点。氧化性强的催化剂利用光可以将有机污染物机物的光催化分解机理优选新型催化剂。目
氧化成H20、CO2等小分子。该方法能处理多种采用多酸作为光催化剂处理有机废水的研究处于
有机污染物,使用范围广,对难降解的有机物具有刚刚起步阶段。颜桂炀等?研究得出:磷钨酸对
很好的氧化分解作用。杂多酸因具有强酸性、强甲基橙溶液具有光催化脱色降解作用,其光催化
氧化性、光电催化、结构稳定、可再生、修饰性强、活性与催化剂用量、甲基橙溶液初始浓度、光照强
腐蚀性小、无污染等优点,用作光催化剂备受关度有关;磷钨酸光催化降解甲基橙为一级动力学
注。有 Keggin结构的12-磷钨酸(H3PWp2Oa,模型反应:ln(C。/C)=K,在反应温度下甲基橙降
简写为HPWA)具有更强的酸性、更高的热稳定解脱色表观反应速率常数K=0.03142;初步研
性和更低的氧化电位,是理想的光催化剂。但是,究结果表明,20mg/L的甲基橙溶液在紫外灯
杂多酸的比表面积较小(<10m2/g),催化剂回(16W)下,催化剂磷钨酸最佳用量为1.5g/L,辐
收困难,故在实际生产中均将杂多酸负载在合适射1h后,溶液的脱色率可达9%.62%。
的载体上。负载催化剂的制备方法主要有溶胶
王玲?以甲基橙为模拟染料废水,磷钨酸为
凝胶法、浸渍法和水热分散法等。日前已研究过光催化剂,在紫外光照射下进行光催化降解试验
的载体主要有MCM-41分子筛、TO2、SiO2、活性另研究了外加TO2和氧化剂H2-O2、KIO4对甲基
炭、Al203、离子交换树脂、凹凸棒土和膨润土等。橙溶液脱色效果的影响。研究表明;磷钨酸光催
磷钨酸
化剂加入量的最佳值为80mg/100mL甲基橙溶
磷钨酸对多种有机污染物具有光解作用,在液;在较低浓度下,20mg/L甲基橙溶液光催化反
光催化化学中具有广阔的应用前景。目前杂应速率符合一级
多酸光催化研究所面临的关键问题在于载体的选
H202、KIO可提高光催化反应速率。
磷钨酸对甲基橙溶液具有光催化脱色降解作
择、活性成分的溶脱、催化剂的重复利用和光解机
用,其光催化活性与催化剂用量、甲基橙溶液的初
制的确立。
1.1磷钨酸对甲基橙光催化降解
始浓度、光照强度和光照时间有关。王敏等进
近年来,多酸化学发展迅速,因其具有较强的行了磷钨酸借自然光催化甲基橙溶液降解脱色的
氧化性和酸性,并且可以通过改变原子组成和多
研究。实验表明,10mg/L的甲基橙溶液在自然
光照条件下,当催化剂浓度为2.0g/L,光照
酸阴陶离子结构来系统控制多酸的结构,在有机个
成方面表现出优越的催化性能。甲基橙是有代表
性的染料模型化合物,其主体结构是偶氮和醌式
收稿日期:2015-08-21。
结构。含有甲基橙染料的废水毒性强、排放量大、
作者简介:鲁瑶,本科,主要从事无机功能材料的研究
基金项目:湖北高校2013年省大学生创新创业训练计划项
处理难度高,是难降解的工业废水之一。随着人
目(201313256004
精细石油化.进展
ADVANCES IN FINE PETROCHEMICALS
第16卷第6期
2.5h时溶液的脱色率可达95.9%。
作用。
磷钨酸光催化降解染料废水
在前期用磷钨酸(H3PW12Oa,PW2)光催化
朱秀华等研究了礫钨酸对几种模拟染料氧化偶氮染料直接大红4BE中发现,该过程中存
废水的光催化脱色性能。结果表明:磷钨酸对模在PW12还原产物杂多蓝对染料的还原脱色作用
拟染料废水具有良好的光催化脱色降解作用;最且采用磷钨酸光催化还原对单偶氮染料酸性大红
合适的酸为高氯酸,最佳pH值为2;催化剂在溶3R进行了研究。由于偶氮染料的稳定性随结构
液中最佳浓度为0.06g/L,技术经济适宜的浓度变化会有很大不同,为进一步研究PW2对偶氮染
为0.03g/L。
料的光催化还原脱色性能,魏红等研究选择含
1.3磷钨酸光催化脱色直接橙S溶液
两个N=N一的直接大红4BE,探索该方法的可
钟俊波等?以磷钨酸作为光催化剂,用直接行性、关键影响因素,特别是电子给体异丙醇的作
橙S溶液为模拟染料废水,对磷钨酸光催化脱色用,以及PW12对染料的光催化脱色机制,以期为
直接橙S溶液做了研究,结果表明,光催化反应可偶氮染料光催化还原脱色探索新方法。结果表
以用L-且动力学方程描述,磷钨酸光催化机理明:1)PW2能够有效催化异丙醇存在下直接大红
是羟基自由基进攻。在紫外光照射下磷钨酸光催4BE的光解,这是由于体系中杂多蓝(PW12)的
化脱色直接橙S溶液,考察了磷钨酸投加质量浓。生成,导致染料发生还原降解脱色;2)PW。、异丙
度、反应溶液pH值、直接橙S溶液初始质量浓度醇和直接大红4BE浓度之间对4BE的还原脱色
以及羟基自由基捕获剂对光催化脱色反应的影存在交互作用;3)Na2SO,浓度在0~0.3molL/L
响。对20mg/L.的直接橙S溶液,磷钨酸加人质直接大红4BE的还原脱色速率随着离子强度的
量浓度的最佳值为0.+gL;直接橙S溶液光催增加而减小,表现为负的原盐效应,可能是由于离
化脱色反应最佳pH值为2.0;当直接橙S溶液低子强度增加,增强了电荷屏蔽作用,从而减弱了质
于3mgL,光催化降解符合一级动力学方程,随子化4BE与杂多蓝之间的静电作用或降低了其
着光照时间的延长,直接橙S溶液能被有效矿化;在溶液中的活度。
磷钨酸光催化机理是羟基自由基进攻。
1.4磷钨酸光催化降解直接大红4BE溶液
2负载型磷钨酸
偶氮染料是一类广泛使用的人工合成染料,2.1二氧化钛负載磷钨酸
由于其本身的毒性、降解产物的潜在致癌作用,对
半导体光催化剂中,T1O2具有价廉、无毒、高
环境存在极大的危害。目前,偶氮染料废水的处稳定性和可再生循环利用的优点,利用TO2对有
理方法主要包括吸附、生物、氧化和还原降解等。机污染物进行光催化降解。TO2具有板钛矿相、
高级氧化技术如TO2和多金属氧酸盐(POM)光锐钛矿相和金红石相等晶型,有光懼化活性的主
催化体系,能够有效将氧化和还原作用结合,光催要是锐钛矿相,锐钛矿相和金红石相混合晶型也
化降解有机污染物一直是环境污染控制领域中的有较好的催化活性。但锐钛矿相TO2带隙较宽,
研究热点之一。魏红等ˉ以磷钨酸为催化剂,对仅能吸收紫外光,在可见光范围没有响应,对太阳
偶氮染料直接大红4BE进行均相光催化酸解。光利用率低;另外,光生载流子的复合率高,光催
研究结果表明PW12能