光催化新方法降解亞甲基藍(lán)廢水

閆艷

（徐州生物工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院生物工程系，江蘇徐州221000）

隨著印染工業(yè)的發(fā)展，染料的數(shù)量及種類快速增加,染料廢水已成為水污染的重點(diǎn)污染源之一[1]。目前，印染廢水處理的方法有很多，包括吸附法、電化學(xué)法、生化法、混凝法、光催化氧化法、化學(xué)氧化法等[2]，其中光催化氧化法作為一種高效、潔凈的處理方法被國內(nèi)外學(xué)者廣泛關(guān)注[3]。亞甲基藍(lán)是印染廢水中典型的有機(jī)污染物之一，對其進(jìn)行降解和脫色是印染污水治理的重要手段之一[4-6]。

本文采用光催化氧化法，以自制的新型光催化反應(yīng)器降解亞甲基藍(lán)模擬廢水，研究交變磁場的頻率、通過線圈電流大小以及時間等因素對其催化效果的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器和試劑

H2050R-1 離心機(jī)（湖南相儀實(shí)驗(yàn)室儀器開發(fā)有限公司）；分析天平（上海精科天平）；0.2OP-551空氣壓縮機(jī)；CD-B DDS Signal Generator信號發(fā)生器；TU-1901 雙光束紫外可見分光光度計(jì)（北京普析通用儀器有限責(zé)任公司）。

德國P25納米TiO2（北京安特普納有限公司）；亞甲基藍(lán)（AR，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）；NaOH，AR（上海蘇懿化學(xué)試劑有限公司）。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

使用自制的光催化反應(yīng)器，取亞甲基藍(lán)溶液125 mL，加入定量的二氧化鈦和過氧化氫，控制反應(yīng)體系溫度30℃，外加交變磁場，反應(yīng)到一定時間后取樣，放入高速離心機(jī)中，以14 000 r/min 離心8 min，取上層清液過濾，測定亞甲基藍(lán)的吸光度，計(jì)算其降解率。

用紫外-可見分光光度法測定亞甲基藍(lán)含量，在其特征波長664 nm處,測其吸光度值A(chǔ)。亞甲基藍(lán)的降解率按照下式進(jìn)行計(jì)算:

式中：A0—降解前亞甲基藍(lán)的吸光度；A—降解后亞甲基藍(lán)的吸光度：η—亞甲基藍(lán)的降解率。

2 結(jié)果與討論

2.1 外加交變磁場的頻率大小對光催化降解的影響

取125 mL 亞甲基藍(lán)溶液，初始濃度為10 mg/L，pH為9，加入25 μL過氧化氫、0.20 g TiO2，交變磁場頻率分別為0 kHz、4 kHz、8 kHz、10 kHz、12 kHz、14 kHz、16 kHz、20 kHz，通入線圈電流為1 A，反應(yīng)1 h后取樣，離心過濾，測吸光度，計(jì)算降解率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 交變磁場的頻率對亞甲基藍(lán)降解率的影響Fig.1 The effect of the frequency of alternating magnetic field on decomposition rate of MB

實(shí)驗(yàn)證明，外加交變磁場的頻率對TiO2光催化降解亞甲基藍(lán)有一定的影響。隨著交變磁場頻率的增大，亞甲基藍(lán)的降解率逐漸增大，到12 kHz 時達(dá)到最大值，然后隨著交變磁場頻率的增大，降解率先減小然后趨于平穩(wěn)。在光催化體系外加交變磁場降解亞甲基藍(lán)的光催化效果與不加交變磁場要好得多，且隨著外加交變磁場頻率的增大，磁場強(qiáng)度也隨之增大，磁感應(yīng)產(chǎn)生的紫外光也變強(qiáng)，磁場與紫外光的協(xié)同作用就更加明顯，亞甲基藍(lán)的降解率隨之增大[7-8]。但是，降解率并非隨著頻率的增大而無限制增大，而是有一個最佳值，然后降解率就幾乎不變，就是說，交變磁場對光催化降解亞甲基藍(lán)的影響是有限度的[9-10]。

2.2 通入線圈電流大小對光催化降解的影響

取125 mL 亞甲基藍(lán)溶液，初始濃度為10 mg/L，pH為9，加入25 L 過氧化氫、0.20 g 的TiO2，交變磁場頻率為12 kHz，改變線圈電流分別為0.4 A、0.6 A、0.8 A、1.0 A、1.2 A、1.6 A、2.0 A，反應(yīng)1 h 后取樣，離心過濾，測吸光度，計(jì)算降解率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 電流大小對亞甲基藍(lán)降解率的影響Fig.2 The effect of the strength of the current on decomposition rate of MB

實(shí)驗(yàn)證明，通入線圈的高頻交流電流大小對TiO2光催化降解亞甲基藍(lán)有一定的影響。隨著通入線圈高頻交流電流的增大，線圈產(chǎn)生的交變磁場的強(qiáng)度也在增大，提高了光催化反應(yīng)的效率。當(dāng)交變磁場的頻率為12 kHz，通入線圈的高頻交流電流為2.0 A時，亞甲基藍(lán)降解率可達(dá)96.85%。

2.3 反應(yīng)時間對光催化降解亞甲基藍(lán)的降解率和COD的影響

取125 mL 亞甲基藍(lán)溶液，初始濃度為10 mg/L，pH為9，加入25 μL過氧化氫、0.20 g的TiO2，交變磁場頻率為12 kHz，通入線圈電流為2.0 A，反應(yīng)時間分別為0 min、2 min、5 min、10 min、15 min、20 min、40 min、60 min、90 min、120 min，離心過濾后，測吸光度和COD 值，計(jì)算降解率和降解前后的COD值，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3和圖4所示。

圖3 反應(yīng)時間對亞甲基藍(lán)降解率的影響Fig.3 The effect of the reaction time on decomposition rate of MB

圖4 反應(yīng)時間對COD值的影響Fig.4 The effect of the reaction time on COD of MB

實(shí)驗(yàn)證明，反應(yīng)時間對TiO2光催化降解亞甲基藍(lán)有一定的影響。隨著反應(yīng)進(jìn)行，初始階段，亞甲基藍(lán)降解速率增大較大，反應(yīng)5 min 時就達(dá)到89.11%，然后降解率隨反應(yīng)時間增加而增大，但是增大的速率緩慢，當(dāng)反應(yīng)時間為120 min時，降解率達(dá)到98.67%。

亞甲基藍(lán)溶液的初始COD值為25.68 mg/L，隨著反應(yīng)進(jìn)行，COD先增大，達(dá)到峰值后逐漸降低，在反應(yīng)120 min 時，溶液的COD 值為10.81 mg/L。本實(shí)驗(yàn)中亞甲基藍(lán)COD 值先增大后減小的變化很可能與中間產(chǎn)物有關(guān)，隨著中間產(chǎn)物增多，溶液總的COD 值就會變大，隨著降解時間的逐漸增大，中間產(chǎn)物隨之被降解，因此溶液的COD值逐漸減小。

3 結(jié)論

研究表明，用光催化新方法降解亞甲基藍(lán)溶液取得了很好的效果，亞甲基藍(lán)溶液可以很快褪色，獲得最佳工藝條件為：交變磁場頻率為12 kHz，通入線圈電流為2.0 A，反應(yīng)時間為120 min，降解率達(dá)98.67%，COD值由25.68 mg/L降為10.81 mg/L，溶液顏色由藍(lán)色變?yōu)闊o色。