纳米光催化剂制备及处理印染废水分析

林雨冉，曲关瑷

（沈阳师范大学，辽宁 沈阳 110034）

随着纳米光催化剂在印染废水处理领域受到的关注越来越多，对其催化活性的研究也在日益深入，其中三氧化钨因光电化学性质良好，逐渐成为光催化材料的重要选择。下面就基于水热法制备三氧化钨/石墨烯，并根据印染废水处理效果寻求最佳的制备条件。

1 纳米光催化剂的制备实验

1.1 试剂和仪器

试剂：钨酸钠，氧化石墨烯，氟硼酸，罗丹明B溶液，二级水，无水乙醇。

仪器：光化学反应仪，电子天平，X-射线衍射仪（D/max-r A型），扫描电子显微镜（JSM-7500F），超声清洗器等。

1.2 操作步骤

该实验分五步进行：第一步，分别称取质量为0.001g、0.002g、0.005g的氧化石墨烯置于烧杯中，随后加入20mL异丙醇，经保鲜膜加以密封后启动2h的超声仪；第二步，称取钨酸钠1g放入烧杯后加入20mL氟硼酸，并在密封后进行搅拌直至出现淡黄色沉淀[1]；第三步，2h超声处理结束后，将第一步所得溶液与第二步溶液混合密封，并进行30min的磁力搅拌和30min的超声处理；第四步，将第三步所得溶液置于聚四氟乙烯内胆反应釜中，经保鲜膜予以密封后置于烘箱中，并使其在120℃、160℃反应12h、48h后取出；第五步，取出上述沉淀物经二级水、无水乙醇进行多次洗涤使其达到中性后放入60℃烘箱中进行干燥，最终得到所需样品。

2 纳米光催化剂处理印染废水分析

2.1 反应温度对纳米光催化剂降解率的影响

由上可知，在制备纳米光催化剂-三氧化钨/石墨烯样品时，涉及了不同的反应温度，且经X-射线衍射后发现，不同温度下制备的样品虽然具有尖锐的衍射峰和较高的结晶度，未出现其他特征峰，不过分析数据可知，同样是反应12h但120℃峰值比160℃略高，即120℃条件下纳米颗粒能够更好的结晶，并通过电子-空穴对向表面迁移的促进提升样品的光催化活性，同理扫描电镜图也证明了这一点[2]。后用罗丹明B溶液模拟印染废水探究反应温度对三氧化钨/石墨烯降解率的影响，结果发现，所制备的样品光催化活性较为明显，但随着反应温度的升高，样品降解罗丹明B的效果有所降低，即在反应12h和光照2h的条件下，120℃和160℃制备的样品降解率分别为91%和89.1%，原因在于较低的反应温度会增大样品的粒径，间接加快电子和空穴的迁移率，进而提高了三氧化钨/石墨烯所具有的光催化活性。

2.2 反应时间对纳米光催化剂降解率的影响

如果保持样品制备的反应温度不变，反应时间的长短对三氧化钨/石墨烯降解印染废液的效果也有影响。为进一步分析两者之间的关系对其作了X-射线衍射并得到了相应的图谱，结果发现所有样品晶型均为正交晶系，且衍射峰尖锐、结晶度高、无其他特征峰。值得注意的是，当反应时间为48h时峰型有所变化，说明三氧化钨/石墨烯峰型会受到反应时间的影响（见图1）[3]。配以扫描电镜图分析可知，在120℃温度下，样品颗粒碎片会随着反应时间的延长而增加，且12h下样品的结晶度比48h的略高。而在降解罗丹明B方面，反应时间的增加会导致降解率的降低，即在反应120℃和光照2h的条件下，反应12h和反应48h的样品对罗丹明B的降解率分别为91%和80.6%。这可能是因为较长的反应时间降低了样品的结晶度和比表面积，对电子和空穴的迁移具有一定的抑制作用，最终降低了三氧化钨/石墨烯的光催化活性。

图1 120℃下不同反应时间的纳米光催化剂X-射线衍射图谱

2.3 用量对纳米光催化剂降解率的影响

除了上述因素，氧化石墨烯也会对纳米光催化剂降解率产生影响，具体见表1。由此可知，氧化石墨烯的用量会影响制备样品降解罗丹明B的效果，如在2h光照这一条件下，反应温度和时间分别保证 120℃和 12h不变，经 0.001g、0.002g和0.005g氧化石墨烯制备的样品对罗丹明B的降解率分别为79.8%、91%和87.6%，分析原因可能是氧化石墨烯如果用量过少会难以促进三氧化钨与其的复合，用量过多又会干扰电子和空穴的迁移以及资源浪费，故也不利于样品催化活性的提高。

表1 基于不同用量氧化石墨烯制备的样品对罗丹明B的降解率

2.4 结论

基于水热法制备的纳米光催化剂-三氧化钨/石墨烯的光催化活性与参数反应时间、温度和氧化石墨烯用量有关，并通过模拟印染废水得到了相对理想的制备条件，即反应温度为120℃、反应时间为12h、氧化石墨烯为0.002g条件所制备的纳米光催化剂处理罗丹明B溶液（印染废水）的效果最好，降解率为91%。

3 结语

处理印染废水，纳米光催化剂是一个不错的选择，关键在于制备条件如何确定。这就需要我们利用科学的理论知识和严谨的操作实验去验证，以期不断提升纳米光催化剂的光催化剂活性，使其更为有效的降解印染废水，减少环境污染。