3D Keggin型雜多藍光催化降解羅丹明B的研究

費寶麗，董亦馨，燕慶玲，黃申林

(1.南京林業大學化學工程學院，江蘇 南京 210037；2.南京大學配位化學國家重點實驗室，江蘇 南京 210093)

3D Keggin型雜多藍光催化降解羅丹明B的研究

費寶麗1，2，董亦馨1，燕慶玲1，黃申林2

(1.南京林業大學化學工程學院，江蘇 南京 210037；2.南京大學配位化學國家重點實驗室，江蘇 南京 210093)

雜多藍；光催化；羅丹明B

1 實驗部分

1.1 儀器和試劑

儀器：XPA-Ⅶ型光催化反應器；光源為500 W高壓汞燈；TU-1901紫外分光光度計.

1.2 光催化性能的研究

在紫外光條件下，用催化劑活化H2O2對模擬染料廢水羅丹明B進行降解，利用降解率來評價其光催化降解效果.考察了染料濃度、反應體系的pH值及催化劑用量等因素對羅丹明B降解率的影響，得出最佳的光催化條件.

1.2.1 羅丹明B降解實驗過程

在攪拌條件下，向250 mL新配制的羅丹明B溶液中加入一定量的催化劑固體和H2O2，用稀氫氧化鈉溶液或稀高氯酸溶液調節配制好的羅丹明B溶液的pH值，避光反應30 min后，利用XPA-Ⅶ型光催化反應器，在紫外光條件下進行降解反應.每隔一定的時間，取樣3 mL進行紫外光譜的分析以確定催化結果.

1.2.2 分析方法

利用TU-1901紫外分光光度計在200～650 nm范圍內對測試液進行掃描，并測定554 nm處的吸光度值，用測試液的降解率來評價光催化效果.

降解率計算公式為

降解率=((A0-At)/A0)×100%，

其中A0為光照前測試液的吸光度，At為光照時間t時測試液的吸光度.

2 結果與討論

2.1 晶體結構

圖的配位環境

2.2 光催化活性研究

2.2.1 催化劑的投加量對羅丹明B降解率的影響

當羅丹明B溶液的初始濃度為1×10-5mol/L，H2O2的用量為2×10-3mol/L，溶液的初始pH值為2.48，光源為500 W高壓汞燈時，催化劑的投加量對羅丹明B降解率的影響如圖2所示.由圖2可以看出催化劑的投加量對羅丹明B的降解效果有一定的影響，當催化劑的投加量從0.037 8 g/L增加到0.075 6 g/L時，降解率隨著催化劑投加量的增加而增加；當催化劑的投加量從0.075 6 g/L增加到1.513 6 g/L時，降解率隨著催化劑投加量的增加而逐漸減少.這是因為，一方面單位質量的光催化劑所提供的活性位點是一定的，活性位點會隨著催化劑投加量的增加而增多，因此反應速率會隨著催化劑投加量的增加而加快；另一方面，催化劑用量大會對光產生散射和屏蔽作用，使得溶液的通透性隨著催化劑投加量的增加而變差，影響了催化劑和染料對紫外光的吸收，使得催化效率下降[4].最適宜的催化劑投加量為0.075 6 g/L.

2.2.2 羅丹明B的初始濃度對降解率的影響

改變羅丹明B的初始濃度，其他條件同2.2.1，所得的羅丹明B的初始濃度對降解率的影響如圖3所示.降解率隨著羅丹明B初始濃度的增加而降低，這是因為一方面增加的羅丹明B會吸收紫外光，從而使H2O2的光解作用受到抑制，同時也會使溶液的透光率降低；另一方面，單位催化劑活性位點上吸附的羅丹明B分子數目增多，也會使催化反應受到抑制[5].兩者的協同作用，導致上述結果的出現，因而羅丹明B的初始濃度為1×10-5mol/L比較適宜.

圖2 催化劑的投加量對羅丹明B降解率的影響

圖3 羅丹明B的初始濃度對降解率的影響

2.2.3 溶液初始pH值對羅丹明B降解率的影響

2.2.4 羅丹明B降解的紫外光譜研究

大量的文獻均報道羅丹明B降解過程包括N的去乙基化和共軛結構的破壞2個過程，前者體現為可見光區的最大吸收波長的位移，后者則表現為最大吸收波長強度的降低[8].在光催化反應過程中，羅丹明B的紫外光譜如圖5所示，羅丹明B在可見光區的最大吸收波長(554 nm)的強度在90 min內迅速降低并接近零，而且沒有新的吸收波長產生，表明羅丹明B的脫色比較徹底而且確實發生了降解反應.

圖4 溶液初始pH值對羅丹明B降解率的影響

3 結論

[1] ZHOU W，CAO M，LI N，et al.Ag@AgHPW as a plasmonic catalyst for visible-light photocatalytic degradation of environmentally harmful organic pollutants[J].Mater Res Bull，2013，48：2308-2316.

[2] TUCHER J，NYE L C，IVANOVIC-BURMAZOVIC I，et al.Chemical and photochemical functionality of the first molecular bismuth vanadium oxide[J].Chem Eur J，2012，18：10949-10953.

[3] FEI B L，LI W，WANG J H，et al.A novel 3D inorganic heteropoly blue as visible-light responsive photocatalyst[J].Dalton Trans，2014，43：10005-10012.

[4] JI F，LI C，ZHANG J，et al.Heterogeneous photo-fenton decolorization of methylene blue over LiFe(WO4)2catalyst[J].J Hazard Mater，2011，186：1979-1984.

[5] ZHANG Y，WAN J，KE Y.A novel approach of preparing TiO2films at low temperature and its application in photocatalytic degradation of methyl orange[J].J Hazard Mater，2010，177：750-754.

[6] ALEBOYEH A，MOUSSA Y，ALEBOYEH H.The effect of operational parameters on UV/H2O2decolourisation of acid blue 74[J].Dyes Pigments，2005，66：129-134.

[7] RAUF M A，ASHRAF S S.Radiation induced degradation of dyes-an overview[J].J Hazard Mater，2009，166：6-16.

[8] CHEN C，ZHAO W，LEI P，et al.Photosensitized degradation of dyes in polyoxometalate solutions versus TiO2dispersions under visible-light irradiation mechanistic implications[J].Chem Eur J，2004，10：1956-1965.

(責任編輯：石紹慶)

Study on photocatalytic degradation of rhodamine B by 3D Keggin type heteropolyblue

FEI Bao-li1，2，DONG Yi-xin1，YAN Qing-ling1，HUANG Shen-lin1

(1.College of Chemical Engineering，Nanjing Forestry University，Nanjing 210037，China；2.State Key Laboratory of Coordination Chemistry，Nanjing University，Nanjing 210093，China)

heteropolyblue；photocatalysis；rhodamine B

1000-1832(2016)04-0092-04

10.16163/j.cnki.22-1123/n.2016.04.020

2016-03-22

國家自然科學基金青年科學基金資助項目(21502094)；南京林業大學引進高層次留學回國人員科研基金資助項目；南京大學配位化學重點實驗室開放基金資助項目；江蘇省高校優勢學科建設工程基金資助項目(PAPD).

費寶麗(1971—)，女，副教授，主要從事功能配合物和林產配位化學研究.

O 621.3 [學科代碼] 150·20

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