鄰苯二甲酸酯光催化降解影響分析

陳文茜 劉星佳(新疆輕工職業(yè)技術學院， 新疆 烏魯木齊 830021)

鄰苯二甲酸酯光催化降解影響分析

陳文茜 劉星佳(新疆輕工職業(yè)技術學院， 新疆 烏魯木齊 830021)

TiO2納米管通過陽極氧化法制備，作為催化劑在紫外光照射下對鄰苯二甲酸二甲酯(DMP)水溶液進行了光催化降解實驗，分別討論了pH值、光照時間對DMP的降解效果進行分析。結果表明，DMP在紫外光照下光催化降解速率大于在單一紫外光照下的光降解速率；在催化劑投加量固定面積4.5cm2、pH=7、對初始濃度為10mg/L的DMP溶液光照240min時降解率已達到55%以上。

鄰苯二甲酸二甲酯；光催化；降解率；二氧化鈦納米管

鄰苯二甲酸酯(簡稱PAEs,別名酞酸酯)主要用作塑料的增塑劑和軟化劑[1],可以增大產(chǎn)品的可塑性和提高產(chǎn)品的強度。

本實驗采用陽極氧化法制備TiO2納米管為催化劑，光催化降解PAEs中最為常見的鄰苯二甲酸二甲酯(DMP)，以紫外光為光源，在催化劑投加量固定的情況下，分析光照時間、pH值對降解的影響，為治理受PAEs污染的水體提供一些理論依據(jù)[2]。

1 材料與實驗方法

（1）主要藥品與儀器

鄰苯二甲酸酯(天津精細化工研究所，分析純)；

NH4F(天達凈化材料精細化工廠，分析純)；

Lambda 35型紫外/可見分光光度計(珀金-埃爾默公司)；

PHSJ-4A型 實驗室pH計(上海精密科學儀器有限公司)。

（2）TiO2納米管催化劑的制備與表征 將工業(yè)純鈦，裁成長方形試樣放入無水乙醇和丙酮的1∶1混合溶液中超聲清洗，除去鈦片表面的污漬后用去離子水沖洗并烘干，浸入0.5 %的NH4F電解液中，穩(wěn)定陽極電位在25V，電解1小時得到相同尺寸的TiO2納米管陣列。然后放入馬弗爐中在500℃下高溫焙燒1h進行晶化，再在1mol/L的硝酸中浸泡后用去離子水沖洗干凈備用。

（3）光催化降解實驗設計 稱取適量DMP，配制成質(zhì)量濃度為10.0mg?L-1DMP的溶液后超聲10min，使溶液溶質(zhì)充分溶解，投入TiO2納米管并曝氣1h，然后量取20ml溶液移入光反應儀用的石英管中，開啟高壓汞燈并計時，每隔適當?shù)臅r間取樣，然后用紫外/可見分光光度計測量DMP在230nm定波長下的吸光度，并依據(jù)反應前后的吸光度值變化求出降解率。

2 結果與討論

(1)光照時間對DMP光催化降解的影響 添加TiO2納米管的條件下進行光催化實驗與不加TiO2納米管的條件下進行單獨光解實驗。

隨著光照時間的延長，DPM的降解率逐漸增大，DMP的降解率已經(jīng)達到55%以上，去除效果較好。DMP光催化降解過程先生成一系列中間產(chǎn)物，所以前期降解率很低，而時間越長降解率開始明顯升高，這是由于隨著光降解時間延長，中間產(chǎn)物逐漸降解，因此降解率明顯加快。

(2)pH值對DMP光催化降解的影響 水體pH值的不同，不僅會影響DPM水體中的存在狀態(tài)，而且會TiO2表面的帶電性和DMP的帶電性，進而影響TiO2對DPM的吸附，因此不同pH必定會影響光催化的效果。DMP水樣的原始pH為5.98，使用鹽酸和氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)水樣初始pH 值，分別為1.0、3.0、5.0、7.0、9.0，進行光催化降解實驗，反應240mi取樣，利用分光光度計檢測DMP 在230nm定波長下的吸光度，通過對比結果可以看出，pH值在1.0至7.0之間，隨著pH值的增大，在相同時間內(nèi)DMP的降解率逐漸增大；而pH值在7.0至11.0之間，DMP的降解率基本保持不變。主要原因是TiO2、DMP在不同pH條件下具有不同的電性，進而導致DMP在Ti0表面的吸附能力不同[3]。當溶液顯酸性時，TiO2表面帶正電荷；當溶液顯堿性時，TiO2表面帶負電荷。當水體pH＜7.0時，DMP以帶正電荷的質(zhì)子形式存在，與TiO2帶相同的電荷，由于同種電荷相互排斥，此時DMP較難被吸附在催化劑表面，而只有當DMP被吸附在TiO2表面，才能及時捕獲催化劑表面所產(chǎn)生的強氧化劑，從而被氧化降解。而pH為7.0時，TiO2處于等電點，對DMP吸附能力最強，因而降解能力較強。而堿性水體中，雖然TiO2表面帶負電，DMP也帶負電，不利于DMP的吸附，但由于水體中存在大量的OH-，容易被電子空穴捕獲而產(chǎn)生更多的強氧化性自由基?OH，因而降解率也維持在較高水平。

3 結語

(1)TiO2光催化體系中,以125W紫外汞燈為光源,DMP有較好的光催化降解效果。并且隨著光照時間的延長，DPM的降解率逐漸增大。

(2)pH值對光催化降解DMP有一定影響pH=7.0時，DMP的降解率最高;pH＜7.0時，隨水體pH值越小DMP降解率越低；pH＞7.0時，隨著水體pH變化DMP降解率基本維持不變。

(3)TiO2隨著反應次數(shù)的增多，降解能力逐漸下降。但是TiO2納米管的表面經(jīng)過物理或化學方法處理以又可以恢復催化效果。

[1]陳波,林建國,陳清.水環(huán)境中的鄰苯二甲酸酯類污染物及其環(huán)境行為研究[J].環(huán)境科學與管理，2009,(02):36-45.

[2]胡曉宇,張克榮等.中國環(huán)境中鄰苯二甲酸酯類化合物污染的研究[J].中國衛(wèi)生檢驗雜志,2003,13(1):9-14.

[3]周文敏.環(huán)境優(yōu)先污染物[M].北京:中國環(huán)境科學出版社,1989:11-13.