邻苯二甲酸酯光催化降解影响分析

2022-09-10

邻苯二甲酸酯 (简称PAEs, 别名酞酸酯) 主要用作塑料的增塑剂和软化剂[1], 可以增大产品的可塑性和提高产品的强度。

本实验采用阳极氧化法制备Ti O2纳米管为催化剂, 光催化降解PAEs中最为常见的邻苯二甲酸二甲酯 (DMP) , 以紫外光为光源, 在催化剂投加量固定的情况下, 分析光照时间、p H值对降解的影响, 为治理受PAEs污染的水体提供一些理论依据[2]。

1 材料与实验方法

(1) 主要药品与仪器

邻苯二甲酸酯 (天津精细化工研究所, 分析纯) ;

NH4F (天达净化材料精细化工厂, 分析纯) ;

Lambda 35型紫外/可见分光光度计 (珀金-埃尔默公司) ;

PHSJ-4A型实验室p H计 (上海精密科学仪器有限公司) 。

(2) Ti O2纳米管催化剂的制备与表征

将工业纯钛, 裁成长方形试样放入无水乙醇和丙酮的1∶1混合溶液中超声清洗, 除去钛片表面的污渍后用去离子水冲洗并烘干, 浸入0.5%的NH4F电解液中, 稳定阳极电位在25V, 电解1小时得到相同尺寸的Ti O2纳米管阵列。然后放入马弗炉中在500℃下高温焙烧1h进行晶化, 再在1mol/L的硝酸中浸泡后用去离子水冲洗干净备用。

(3) 光催化降解实验设计

称取适量DMP, 配制成质量浓度为10.0mg·L-1DMP的溶液后超声10min, 使溶液溶质充分溶解, 投入Ti O2纳米管并曝气1h, 然后量取20ml溶液移入光反应仪用的石英管中, 开启高压汞灯并计时, 每隔适当的时间取样, 然后用紫外/可见分光光度计测量DMP在230nm定波长下的吸光度, 并依据反应前后的吸光度值变化求出降解率。

2 结果与讨论

(1) 光照时间对DMP光催化降解的影响

添加Ti O2纳米管的条件下进行光催化实验与不加Ti O2纳米管的条件下进行单独光解实验。

随着光照时间的延长, DPM的降解率逐渐增大, DMP的降解率已经达到55%以上, 去除效果较好。DMP光催化降解过程先生成一系列中间产物, 所以前期降解率很低, 而时间越长降解率开始明显升高, 这是由于随着光降解时间延长, 中间产物逐渐降解, 因此降解率明显加快。

(2) p H值对DMP光催化降解的影响

水体p H值的不同, 不仅会影响DPM水体中的存在状态, 而且会Ti O2表面的带电性和DMP的带电性, 进而影响Ti O2对DPM的吸附, 因此不同p H必定会影响光催化的效果。DMP水样的原始p H为5.98, 使用盐酸和氢氧化钠溶液调节水样初始p H值, 分别为1.0、3.0、5.0、7.0、9.0, 进行光催化降解实验, 反应240mi取样, 利用分光光度计检测DMP在230nm定波长下的吸光度, 通过对比结果可以看出, p H值在1.0至7.0之间, 随着p H值的增大, 在相同时间内DMP的降解率逐渐增大;而p H值在7.0至11.0之间, DMP的降解率基本保持不变。主要原因是Ti O2、DMP在不同p H条件下具有不同的电性, 进而导致DMP在Ti0表面的吸附能力不同[3]。当溶液显酸性时, Ti O2表面带正电荷;当溶液显碱性时, Ti O2表面带负电荷。当水体p H<7.0时, DMP以带正电荷的质子形式存在, 与Ti O2带相同的电荷, 由于同种电荷相互排斥, 此时DMP较难被吸附在催化剂表面, 而只有当DMP被吸附在Ti O2表面, 才能及时捕获催化剂表面所产生的强氧化剂, 从而被氧化降解。而p H为7.0时, Ti O2处于等电点, 对DMP吸附能力最强, 因而降解能力较强。而碱性水体中, 虽然Ti O2表面带负电, DMP也带负电, 不利于DMP的吸附, 但由于水体中存在大量的OH-, 容易被电子空穴捕获而产生更多的强氧化性自由基·OH, 因而降解率也维持在较高水平。

3 结语

(1) Ti O2光催化体系中, 以125W紫外汞灯为光源, DMP有较好的光催化降解效果。并且随着光照时间的延长, DPM的降解率逐渐增大。

(2) p H值对光催化降解DMP有一定影响p H=7.0时, DMP的降解率最高;p H<7.0时, 随水体p H值越小DMP降解率越低;p H>7.0时, 随着水体p H变化DMP降解率基本维持不变。

(3) Ti O2随着反应次数的增多, 降解能力逐渐下降。但是Ti O2纳米管的表面经过物理或化学方法处理以又可以恢复催化效果。

摘要：TiO2纳米管通过阳极氧化法制备, 作为催化剂在紫外光照射下对邻苯二甲酸二甲酯 (DMP) 水溶液进行了光催化降解实验, 分别讨论了pH值、光照时间对DMP的降解效果进行分析。结果表明, DMP在紫外光照下光催化降解速率大于在单一紫外光照下的光降解速率;在催化剂投加量固定面积4.5cm2、pH=7、对初始浓度为10mg/L的DMP溶液光照240min时降解率已达到55%以上。

关键词：邻苯二甲酸二甲酯,光催化,降解率,二氧化钛纳米管