光催化降解丁基黃藥下的作用機制

方鉥 張翠 閆瑞峰 張煥 劉子薇 方繼敏

摘要：通過化學誘導自轉(zhuǎn)變法制備了二氧化鈦光催化劑。采用UV-vis研究了丁基黃藥在二氧化鈦光催化劑作用下15min、30min、60min、120min、180min時的UV-vis圖，結(jié)果表明，經(jīng)過120min光催化降解后，黃藥特征吸收峰逐漸削弱，新增348.0nm處的吸收峰為其降解過程中的中間產(chǎn)物過黃藥。經(jīng)180min光催化反應(yīng)后，348.0nm處的吸收峰消失過黃藥分解完畢，此時黃藥降解率為97%。

關(guān)鍵詞：丁基黃藥；光催化；二氧化鈦；中間產(chǎn)物；過黃藥

引言：

經(jīng)濟發(fā)展的同時也對自然環(huán)境造成了極大的壓力，水污染問題成為威脅我國環(huán)境保護的一個重大問題[1，2]。丁基黃藥是選礦廢水中常見的殘留選礦藥劑，生物毒性大[3，4]。該類廢水如不經(jīng)處理直接排入水體，會導致水質(zhì)惡化，，破壞周邊生態(tài)環(huán)境。有學者研究表明黃藥濃度高于13.5mg /L會延緩草魚胚胎發(fā)育的進程[5][6][7]。目前選礦廢水中對黃藥的殘留仍靠測定廢水中的COD含量，當廢水COD含量達到排放《鉛、鋅工業(yè)污染物排放標準》（GB25466-2010）排放標準時（≤60mg/l），水中仍可能殘存低濃度的黃藥（相當于≤40mg/l）[8]，殘余的黃藥會通過生物富集對人和動物的胎兒產(chǎn)生不可逆的致畸影響[6]。同時黃藥在水中極易分解為二硫化碳和醇，通過揮發(fā)溢出水體形成二次污染[8，10]，如何解決水中低濃度的黃藥污染、消除黃藥毒害及二次污染問題，探索低濃度的黃藥廢水高效去除的方法及作用機制，是礦業(yè)廢水處理中重要的課題之一[8-10]。

二氧化鈦光催化技術(shù)近些年受到越來越廣泛的關(guān)注，是一種綠色環(huán)境治理技術(shù)，廣泛的應(yīng)用于降解水中的有機污染物。二氧化鈦光催化技術(shù)具有操作過程簡單、降解適用性強、成本低、反應(yīng)時間短、污染物礦化完全等特點[4]。本論文擬研究二氧化鈦光催化在不同環(huán)境因子作用下對黃藥廢水的降解作用，以期為黃藥廢水降解工藝及理論研究提供指導。

1.實驗試劑及儀器

1.1實驗藥劑及設(shè)備

氫氧化鈉、鹽酸均為分析純，黃藥工業(yè)級，來自江西萬國礦業(yè)。BS224S電子天平，PHS-3C酸度計，DZF-6020電熱真空干燥箱，TDL-5高速離心機，SGY-1多功能光化學反應(yīng)儀，日本島津 UV-2500 型紫外可見光譜儀。

1.2光催化劑的制備

二氧化鈦光催化劑通過化學誘導自轉(zhuǎn)變法制備[10]。

1.3光催化實驗方法

配置60ppm的丁基黃藥溶液，加入不同質(zhì)量二氧化鈦催化劑在紫外光照射的情況下進行磁力攪拌，分別在15min、30min、60min、120min、180min時，靜置10分鐘取上清液0.45um膜過濾，利用紫外全波長掃描法分別測其該時間段的吸光度及吸收峰。

3 結(jié)果與討論

3.1所制備樣品的表征

所制備二氧化鈦的XRD見圖1。

3.2黃藥廢水的光降解實驗

3.2.1黃藥廢水的紫外吸收圖譜

配置60ppm的丁基黃藥模擬廢水，進行紫外掃描可得其紫外吸收圖譜，如圖3所示。

由圖3可知，丁基黃藥廢水在226.0nm與301nm有特征吸收峰，由文獻[4，6，7]，這兩處吸收峰為黃藥特征峰。

3.2.2黃藥廢水的光催化降解

黃藥廢水在光催化降解的不同時段15min、30min、60min、120min、180min時，黃藥廢水在不同光催化降解時間下的UV-vis見圖4。

由圖4可知，隨著光降解時間的延長，丁基黃藥的226.0nm、301nm兩個特征吸收峰逐漸衰減，在120min出現(xiàn)過黃藥（ROCS2O–）的對應(yīng)吸收峰348.0nm。表明紫外光下二氧化鈦光催化劑可以有效分解黃藥，中間產(chǎn)物是過黃藥。對比圖4與表1可見，經(jīng)過120min光催化降解后，黃藥特征吸收峰已有較大程度的減小，348.0nm處的吸收峰產(chǎn)生的原因在于，在光催化劑作用下產(chǎn)生的羥基自由基的強氧化作用和C-C鍵較C-S鍵更難打開這一特性，降解過程中先生成過黃藥（ROCS2O–）[4，6，7]，經(jīng)180min光催化反應(yīng)后，348.0nm處的吸收峰消失，表明過黃藥（ROCS2O–）分解完全，此時UV-vis定量分析表明丁基黃藥降解率為97%。

4.結(jié)論

二氧化鈦光催化法可以在短時間內(nèi)有效降解黃藥。丁基黃藥降解120min出現(xiàn)的中間產(chǎn)物為過黃藥，通過180min光降解后，中間產(chǎn)物過黃藥分解完全。經(jīng)UV-vis定量分析表明此時丁基黃藥降解率為97%。

參考文獻

[1] 劉繼鳳，劉繼永，朱進勇.淺談工業(yè)廢水中難降解有機污染物處理技術(shù)及發(fā)展方向[J].環(huán)境科學與管理，2008（04）：120-122.

2018年自主創(chuàng)新研究基金本科生項目；2018-ZH-B1-02

基金項目：國家自然科學基金（51272189；51672196）

（作者單位：1.湖北省招標股份有限公司；

2.武漢理工大學資源與環(huán)境工程學院）