FeVO4的制備及其光催化降解撲熱息痛的實(shí)驗(yàn)研究

王 菁

(山東省環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，山東 濟(jì)南 250013)

FeVO4的制備及其光催化降解撲熱息痛的實(shí)驗(yàn)研究

王 菁

(山東省環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，山東 濟(jì)南 250013)

FeVO4具有較高可見光催化活性、較窄能隙等優(yōu)點(diǎn)逐漸成為近年來研究的新型可見光響應(yīng)型光催化材料。本論文利用水熱法，以FeCL3和NH4VO3為原料制備了FeVO4光催化劑，并以FeVO4為光催化劑，探討了不同條件下光催化系統(tǒng)對撲熱息痛光降解的影響，同時(shí)考察了光源強(qiáng)度、催化劑投加量對其降解率的影響。結(jié)果表明FeVO4光催化劑能有效提高光催化效果，在高壓汞燈投加雙氧水的體系下，反應(yīng)5h時(shí)基本達(dá)到90%以上，最終去除率達(dá)到98%以上。催化劑的最佳投加量為0 .3g/200mL。不同光照強(qiáng)度對撲熱息痛的降解有一定的影響，在高壓汞燈500W的光催化撲熱息痛的最終降解率達(dá)到了99.8%，對撲熱息痛基本降解完全。

FeVO4；光催化；降解；撲熱息痛

撲熱息痛，中文別名：對乙酰氨基苯酚。它是最常用的非抗炎解熱鎮(zhèn)痛藥，解熱作用與阿司匹林相似，鎮(zhèn)痛作用較弱，無抗炎抗風(fēng)濕作用[1]。撲熱息痛屬于醫(yī)藥品與個(gè)人護(hù)理品，自從2000年以來受到公眾和科學(xué)界廣泛關(guān)注的一類"新型"的化學(xué)物質(zhì)。由于PPCPs在生態(tài)系統(tǒng)中具有較強(qiáng)的持久性、生物累積性、生物活性和緩慢的生物降解性的特點(diǎn)，這導(dǎo)致PPCPs長期暴露于人體和陸生、水生生物體中，給人體健康和生態(tài)環(huán)境帶來了潛在的危險(xiǎn)[2]〗。本論文利用水熱法，以FeCL3和NH4VO3為原料制備了FeVO4光催化劑，并以FeVO4為光催化劑，探討了不同條件下光催化系統(tǒng)對撲熱息痛光降解的影響，同時(shí)考察了光源強(qiáng)度、催化劑投加量對其降解率的影響，為撲熱息痛在環(huán)境中降解研究提供基礎(chǔ)[3]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)藥劑與儀器

甲醇(CH4，色譜純)、過氧化氫(H2O2，30%，w/v)、硝酸鈉(NaNO3，分析純)、氫氧化鈉(NaOH，分析純)、三氯化鐵(Fecl3·6H2O)、偏釩酸銨(NH4VO3)。

BL-GHX-Ⅱ型綜合光化學(xué)反應(yīng)儀；高壓汞燈，300W；島津10AT高效液相色譜儀；JA-1003N電子精密天平；數(shù)顯pH計(jì)；DGG-9030B型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱；AS3120型超聲波清洗器； BL-200S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器；YSJ-A高速大容量電動離心機(jī)；T22N可見分光光度計(jì)等。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2 .1 催化劑的制備

將三氯化鐵和偏釩酸銨按照1:1的物質(zhì)的量比計(jì)算出其質(zhì)量進(jìn)行稱量，然后分別溶于100mL去離子水中，加熱至完全溶解。將 NH4VO3在磁力攪拌下緩慢加入FeCL3中，滴加HCL調(diào)節(jié)pH值至3，置于180℃反應(yīng)釜中反應(yīng)24h，產(chǎn)生黃色沉淀。收集產(chǎn)物將黃色沉淀經(jīng)去離子水洗滌幾次后，放入真空干燥箱烘干得到FeVO4[4]。

1.2 .2

本部分實(shí)驗(yàn)主要探討催化劑對目標(biāo)產(chǎn)物的光催化降解性能，目標(biāo)產(chǎn)物采用的是撲熱息痛，利用的主要儀器是液相色譜儀，通過峰面積的計(jì)算，推斷出對撲熱息痛的降解率。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 不同體系下催化劑FeVO4強(qiáng)化光催化效果的比較

實(shí)驗(yàn)時(shí)，分別取200 mL濃度為100 mg/L的撲熱息痛于光反應(yīng)器中，研究四種不同的體系下?lián)錈嵯⑼吹慕到馇闆r，分別為A組(高壓汞燈300W)、B組(高壓汞燈300W；0.2g催化劑)、C組(高壓汞燈300W；1mL雙氧水)和D組(高壓汞燈300W；1mL雙氧水；0.2g催化劑)，然后開啟冷卻水循環(huán)裝置，打開磁力攪拌器，開始計(jì)時(shí)，按照時(shí)間取樣，用液相色譜儀測定撲熱息痛的含量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖1所示：

圖1 催化劑FeVO4強(qiáng)化光催化效果的比較

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。由圖1可知，實(shí)驗(yàn)中A、B、C、D四組不同體系對撲熱息痛的降解差別較大，A組單純高壓汞燈300W光照實(shí)驗(yàn)對撲熱息痛的降解去除率基本在10%左右，且隨著時(shí)間的增加去除率不再變化。B組實(shí)驗(yàn)證明，F(xiàn)eVO4光催化劑明顯提高了光催化降解撲熱息痛的效率，在7h時(shí)去除率可達(dá)到80%，這是由于催化劑在光照的情況下，促進(jìn)了體系中活性自由基的產(chǎn)生，從而進(jìn)一步氧化降解撲熱息痛。C組實(shí)驗(yàn)說明在該體系中高壓汞燈所產(chǎn)生的紫外光的能量較高，促使雙氧水分解為羥基自由基，氧化分解撲熱息痛，但由于雙氧水的添加量有限，因此其去除率達(dá)到30%后基本不再變化。D組實(shí)驗(yàn)表明FeVO4光催化劑在投加雙氧水的體系下，對撲熱息痛的去除率大大提高，且反應(yīng)速率較快，在5h時(shí)基本達(dá)到90%以上，最終去除率達(dá)到98%以上。

3.2 催化劑FeVO4的量對撲熱息痛降解的影響

為了探討催化劑FeVO4的量對撲熱息痛的降解率的影響，我們進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)：分別取200 mL濃度為100 mg/L的撲熱息痛于光反應(yīng)器中，體系為高壓汞燈300W；1mL雙氧水，改變FeVO4的量，然后開啟冷卻水循環(huán)裝置，打開磁力攪拌器，反應(yīng)5h后取樣，用液相色譜儀測定撲熱息痛的含量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖2所示：

圖2 不同催化劑投加量對撲熱息痛降解率的影響

由圖2可以看出，F(xiàn)eVO4投加量低于0 .2g時(shí)，隨著催化劑投加量的增加，撲熱息痛的降解率增大，當(dāng)光催化劑量超過0.2g后，繼續(xù)增加光催化劑，光降解率呈減小趨勢，當(dāng)光催化劑量超過0.5g后，光降解率開始下降。催化劑用量較少時(shí)，光源產(chǎn)生的光子不能被完全轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，使得光子能量沒有得到充分利用。適當(dāng)增加催化劑用量，能產(chǎn)生更多的活性物種，加快光催化降解的反應(yīng)速率。但當(dāng)催化劑用量過多時(shí)，過多的粒子會產(chǎn)生光散射，使有效光強(qiáng)度減弱，從而影響光的吸收[5]。因此，選取催化劑的用量為0.3g為最佳投加量。

3.3 不同光照強(qiáng)度下對撲熱息痛降解的影響

光催化降解反應(yīng)的效率與光照強(qiáng)度有關(guān)，因此進(jìn)行光照強(qiáng)度對比實(shí)驗(yàn)，研究不同光照強(qiáng)度對撲熱息痛降解的影響，實(shí)驗(yàn)體系為分別取200 mL濃度為100 mg/L的撲熱息痛于光反應(yīng)器中，體系為高壓汞燈300W和高壓汞燈500W，1mL雙氧水，0.3gFeVO4的量，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)取樣，測定撲熱息痛的剩余含量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖3所示：

圖3 不同光照強(qiáng)度下對撲熱息痛降解的影響

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。由圖3可知，在雙氧水量和催化劑投加量相同條件下，不同光照強(qiáng)度對撲熱息痛的降解有一定的影響，高壓汞燈300W的光催化撲熱息痛的最終降解率為97%，而在高壓汞燈500W的光催化撲熱息痛的最終降解率達(dá)到了99.8%，對撲熱息痛基本降解完全。因此在一定范圍內(nèi)，撲熱息痛的降解率隨著光源的增強(qiáng)而升高。

4 結(jié)論(1)實(shí)驗(yàn)表明FeVO4光催化劑能有效提高光催化效果，在高壓汞燈投加雙氧水的體系下，對撲熱息痛的去除率大大提高，且反應(yīng)速率較快，在5h時(shí)基本達(dá)到90%以上，最終去除率達(dá)到98%以上。

(2)光催化體系中FeVO4投加量過少或過多都會降低反應(yīng)速率。因此，選取催化劑的用量為0 .3g/200mL 為最佳投加量。

(3)在雙氧水量和催化劑投加量相同條件下，不同光照強(qiáng)度對撲熱息痛的降解有一定的影響，在高壓汞燈500W的光催化撲熱息痛的最終降解率達(dá)到了99.8%，對撲熱息痛基本降解完全。

[1]王佳裕,戴啟洲,魚 杰,等. 活性炭催化臭氧氧化撲熱息痛的機(jī)制研究[J].環(huán)境科學(xué). 2013(04) ：1402-1409.

[2]安 婧,周啟星. 藥品及個(gè)人護(hù)理用品(PPCPs)的污染來源、環(huán)境殘留及生態(tài)毒性[J].生態(tài)學(xué)雜志. 2009(09) ：1878-1890.

[3] Barbeni M, Minero C, Pelizzetti E，et al. Chemical degradation of chlorophenols with fenton'sreagent[J]. Chemosphere, 1987,16(11):2225-2237.

[4] 李思佳,鄒學(xué)軍,董玉瑛,等. 納米FeVO4的制備及其可見光下降解甲苯的性能[J].化工環(huán)保. 2015,32(2) ：182-186.

[5] 王 敏,王里奧,張文杰,等. FeVO4光催化劑降解甲基橙研究[J].功能材料. 2009，40(02) ：201-203.

(本文文獻(xiàn)格式：王 菁.FeVO4的制備及其光催化降解撲熱息痛的實(shí)驗(yàn)研究[J].山東化工，2016，45(12)：31-32，35.)

Experimental Study on Preparation and Photocatalytic Degradation of Paracetamol FeVO4

Wang Jing

(Shandong Academy of Environmental Science，Jinan 250013,China)

FeVO4has a high visible light catalytic activity, narrow gap, etc. gradually become the new light-responsive photocatalytic material in recent years. In this paper, the use of hydrothermal method to FeCL3and NH4VO3was prepared from FeVO4photocatalyst and FeVO4photocatalyst study the effects of different conditions photocatalytic system paracetamol photodegradation also studied the light source intensity, dose of catalyst the amount of influence on the degradation rate. The results showed that FeVO4photocatalyst can improve the photocatalytic effect in the high-pressure mercury lamp under hydrogen peroxide dosing system, reaction time 5h substantially more than 90%, the final removal of more than 98%. The best dosage of catalyst is 0.3g / 200mL. Different light intensity for paracetamol degradation of some influence, eventually photocatalytic degradation rate of paracetamol 500W high pressure mercury lamp has reached 99.8%, substantially complete degradation of paracetamol.

FeVO4; photocatalysis; degradation; paracetamol

2016-05-27

王 菁(1970—)，女，山東淄博人，高級工程師，本科，研究方向?yàn)榄h(huán)境工程及環(huán)境影響評價(jià)等

O643.36,X703

A

1008-021X(2016)12-0031-02