一種高效降解實驗室雙酚A廢水的方法

查 元, 朱金燕, 馬 允, 閔宇霖

(1.安慶醫(yī)藥高等專科學(xué)校, 安徽 安慶 246000; 2.上海電力大學(xué), 上海 200090)

1 材料與方法

1.1 反應(yīng)試劑與材料

雙酚A和雙氧水(AR)從中國醫(yī)藥集團有限公司購買。鉬粉(99.0%)從聊城化工股份有限公司購買。液相測試中使用乙腈(梯度色譜級)和水作為試劑。

1.2 實驗方法

1.2.1 MoO3制備

在電子天平上稱取5 g質(zhì)量的鉬粉,用量筒準(zhǔn)確稱取自制的二次去離子水,在磁力攪拌條件下反應(yīng)1 h,向分散液中逐滴加入H2O2(30%)溶液20 mL,在1 000 r/min條件下攪拌2 h,溶液由黑色慢慢變?yōu)榱咙S色。之后,將上述溶液轉(zhuǎn)移至50 mL的反應(yīng)器中,在200 ℃的條件下加熱24 h,得到白色渾濁液體。最后,將白色沉淀物在10 000 r/min的條件下多次離心操作,直至溶液變至中性。將MoO3白色粉末放入80 ℃條件的烘箱中進行干燥制備。

1.2.2 雙酚A溶液制備及測試

使用電子天平稱取20 mg雙酚A,溶于1L的二次蒸餾水中,在超聲波作用下處理1 h,制備得到雙酚A溶液,其濃度為20 mg/L;稱取不同質(zhì)量的MoO3和PMS,將其放入裝有雙酚A溶液的試管中,測試雙酚A的降解效果。

1.2.3 分析方法

雙酚A的液體濃度由儀器Agilent Technologies 1260 Infinity II 高效液相色譜儀測定。色譜柱的型號為phenomenex C18反相柱(粒徑5 μm,4.6 mm × 250 mm)。用乙腈∶水溶液=60∶40的體積比測定液體流動性。液體流速的檢測范圍約為0.8 mL/min。直接熒光波長檢測器為發(fā)射波長280 nm,吸收波長314 nm。在此液相條件下,保留時間4.5 min。

2 結(jié)果與討論

MoO3的X射線衍射(X-ray Diffraction,XRD)圖如圖1所示。

圖1 MoO3的XRD圖

通過對比衍射峰與標(biāo)準(zhǔn)卡(PDF#05-0508)的位置,觀察衍射峰的強度,可以看出MoO3的結(jié)晶度很好,沒有雜峰的出現(xiàn),排除了外在因素對雙酚A降解時的影響。

MoO3的掃描電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope,SEM)特征圖如2所示。

從圖2可以清晰地看到,納米條狀與晶粒分布均勻、結(jié)構(gòu)單一。這種形貌的存在,有利于提高氧化劑與催化劑之間的接觸面積,增加反應(yīng)的活性位點。由于催化劑表面不存在間隙,在降解過程中避免了催化劑的堵塞,有利于提高降解率。

圖2 MoO3的SEM特征圖

MoO3的紅外特征圖譜如圖3所示。

圖3 MoO3的紅外特征圖譜

從圖3可以看出,對于MoO3而言,在938 cm-1和856 cm-1位置檢測到Mo-O-Mo單元的伸縮振動,而在547 cm-1位置為Mo=O的伸縮振動,進一步證明了合成物質(zhì)為MoO3,且成分單一。

在進行測試雙酚A降解效果前,首先測試pH值對雙酚A降解的效果影響。不同pH值對降解雙酚A的影響如圖4所示。從圖4可以看出,在酸性條件下,大量的氫離子作為自由基清除劑,影響降解效果。在堿性條件下會產(chǎn)生活化作用,但堿性太強,也不利于自由基的存在。中性條件下雙酚A的降解效果最好。因此,降解實驗中降解條件皆為中性環(huán)境。

圖4 不同pH值對降解雙酚A的影響

污染源采用雙酚A溶液,濃度為50 mg/L,使用量筒稱取50 mL。稱取5 mg PMS作為氧化劑,MoO3催化劑的質(zhì)量分別為5 mg,10 mg,15 mg,不同催化劑量對降解雙酚A的影響如圖5所示。

圖5 不同催化劑量對降解雙酚A的影響

稱取15 mg MoO3催化劑,分別稱取5 mg,10 mg,15 mg PMS,研究氧化劑使用量對降解雙酚A的影響,具體如圖6所示。

圖6 不同氧化劑量對降解雙酚A的影響

由圖6可知,當(dāng)取5 mg PMS時,在60 min內(nèi),對雙酚A的降解效率達到了90%,當(dāng)PMS的質(zhì)量增加到10 mg和15 mg時,降解效率分別達到94%和95%。由于PMS生成自由基已經(jīng)達到了一定飽和,使用再多的催化劑量也無法產(chǎn)生自由基,因此,提高幅度不大。由實驗可知,當(dāng)氧化劑和催化劑的質(zhì)量比為1∶1時,降解效果和性價比最好。因此,下述實驗中所使用的催化劑和氧化劑的質(zhì)量均為15 mg。稱取15 mg PMS和MoO3,在5 ℃,10 ℃,25 ℃,30 ℃,35 ℃,40 ℃的條件下對雙酚A進行降解測試,結(jié)果如圖7所示。

圖7 不同溫度對降解雙酚A的影響

在室溫條件下,測試催化劑的循環(huán)性能所使用的PMS和MoO3的質(zhì)量為15 mg,降解效果如圖8所示。

圖8 催化劑循環(huán)降解雙酚A測試

從圖8可以看出,與首次降解相比,后續(xù)循環(huán)用的催化劑降解效果稍低,但相對穩(wěn)定,說明選用的催化劑具有好的可逆循環(huán)性能,在降解雙酚A方面可以達到循環(huán)使用的效果。在金屬氧化物表面,MoO3被用作催化劑,因過渡金屬氧化物上存在變價金屬離子,因此電子能轉(zhuǎn)移到PMS的表面,激活活性氧物種的形成,進一步促進自由基的形成,從而實現(xiàn)污染物的高效能降解。在加入TBA猝滅劑進行猝滅實驗時,發(fā)現(xiàn)降解效果抑制并不明顯,說明產(chǎn)生了羥基自由基,但是還是以硫酸根自由基為主。由于實驗室中的雙酚A廢水存在陰陽離子,陰陽離子的存在可以作為自由基清除劑或者生成催化活性較低的自由基,從而抑制反應(yīng),使得雙酚A的降解率下降。

3 結(jié) 語