光催化协同臭氧降解蒽醌染料废水

2011-06-13叶文荣

山西建筑 2011年33期

叶文荣

蒽醌染料仅次于偶氮染料，是纺织印染工业中使用量最大的一类活性染料[1]。由于水溶性较高，不易吸附于活性污泥，并且具有极其稳定的化学结构，因此传统的废水处理工艺很难将其快速有效地分解。作为一种高级氧化技术，TiO2光催化氧化法利用光催化剂在紫外辐照下产生强氧化性的自由基·OH，能够使有机物发生开环、断键、矿化等一系列化学反应。然而单独的光催化法存在空穴电子对复合率高、吸收光波长范围较窄、光量子效率低等问题，导致降解效率不高，难以应用于实际工程之中[2]。将臭氧作为外加氧化剂添加至光催化体系中所形成的光催化臭氧联用技术，大大提高光催化反应的降解效率以及处理有机污染物的范围[3]，已逐渐成为高级氧化技术处理难降解有机物方面研究的热点之一[4-6]。本实验采用光催化协同臭氧法降解典型蒽醌染料分散艳蓝E-4R，考察了光催化与臭氧之间的协同作用效果及其影响有机物降解的主要影响因素。

1 实验部分

1)试剂与仪器。实验中所用分散艳蓝E-4R为市售商业染料，其他试剂均为分析纯。所用仪器:CARY 50Probe型紫外—可见分光光度计、PHS-3C型精密pH计、臭氧发生器、低压紫外汞灯。

2)实验方法。在每次实验过程中，先将1 L的烧杯中加入初始浓度为100 mg/L的分散艳蓝E-4R溶液500 mL，再加入一点量的二氧化钛催化剂。然后将低压紫外汞灯悬置于溶液中央，打开臭氧发生器，使臭氧气体从溶液的底部通入，待调节好臭氧流量后，开启紫外灯进行反应。反应结束后取样，静置30 min后取上清液测定其吸光度值。

2 结果和讨论

1)O3流量的影响。当E-4R初始浓度为100 mg/L，初始pH值为7.0时，实验中调节臭氧流量分别为10 L/h，15 L/h，30 L/h和60 L/h，考察臭氧流量对染料脱色率的影响，结果如图1所示。可以看出，随着臭氧流量的增加，E-4R的脱色率也大幅度提高。当臭氧流量为10 L/h时，经过60 min的降解反应，溶液脱色率仅有84.7%，当流量上升到60 L/h后，溶液在45 min内即可完全脱色。其原因是由于臭氧流量提高意味着单位时间内传入液相的臭氧量增加[7]，臭氧不仅能在UV光辐照的条件下分解产生·OH，还能够作为一种强氧化性的电子受体与TiO2发生协同作用，从而提高反应中·OH的产量。

图1 臭氧流量对脱色率的影响

2)pH值的影响。当E-4R初始浓度为100 mg/L，臭氧流量为15 L/h时，改变溶液初始pH值分别为4.2，7.0和9.5，考察pH值对染料脱色率的影响，结果如图2所示。可以看出，在不同初始pH值条件下E-4R溶液均保持较高的脱色率(均在90%以上)。当溶液呈酸性或中性时，pH值对E-4R的脱色影响并不明显，而当pH值为9.5时，脱色率也仅有较小的降低。

图2 pH值对脱色率的影响

图3 初始浓度对脱色率的影响

3)初始E-4R浓度的影响。当溶液初始pH值为7.0，臭氧流量为15 L/h时，改变E-4R初始浓度分别为50 mg/L，100 mg/L，150 mg/L，200 mg/L和250 mg/L，考察初始浓度对染料脱色率的影响，结果如图3所示。可以看出，经过60 min的降解，初始质量浓度为50 mg/L，100 mg/L，150 mg/L，200 mg/L和250 mg/L的E-4R在光催化/臭氧体系中的脱色率分别为100%，98.98%，86.37%，72.18%和58.92%，初始质量浓度越低，E-4R的降解率越高。虽然脱色率随着初始浓度增加而下降，但是单位时间内染料的绝对去除量仍随着初始浓度增加逐渐升高。

4)光催化/臭氧降解E-4R机理。通过以上实验分析表明光催化与臭氧之间存在明显的协同作用，为了进一步研究E-4R在光催化/臭氧中降解的机理，实验中添加·OH抑制剂甲醇，比较添加甲醇前后E-4R的降解效果，结果如表1所示。