光催化新方法降解亚甲基蓝废水

闫艳

（徐州生物工程职业技术学院生物工程系，江苏徐州221000）

随着印染工业的发展，染料的数量及种类快速增加,染料废水已成为水污染的重点污染源之一[1]。目前，印染废水处理的方法有很多，包括吸附法、电化学法、生化法、混凝法、光催化氧化法、化学氧化法等[2]，其中光催化氧化法作为一种高效、洁净的处理方法被国内外学者广泛关注[3]。亚甲基蓝是印染废水中典型的有机污染物之一，对其进行降解和脱色是印染污水治理的重要手段之一[4-6]。

本文采用光催化氧化法，以自制的新型光催化反应器降解亚甲基蓝模拟废水，研究交变磁场的频率、通过线圈电流大小以及时间等因素对其催化效果的影响。

1 实验部分

1.1 仪器和试剂

H2050R-1 离心机（湖南相仪实验室仪器开发有限公司）；分析天平（上海精科天平）；0.2OP-551空气压缩机；CD-B DDS Signal Generator信号发生器；TU-1901 双光束紫外可见分光光度计（北京普析通用仪器有限责任公司）。

德国P25纳米TiO2（北京安特普纳有限公司）；亚甲基蓝（AR，国药集团化学试剂有限公司）；NaOH，AR（上海苏懿化学试剂有限公司）。

1.2 实验方法

使用自制的光催化反应器，取亚甲基蓝溶液125 mL，加入定量的二氧化钛和过氧化氢，控制反应体系温度30℃，外加交变磁场，反应到一定时间后取样，放入高速离心机中，以14 000 r/min 离心8 min，取上层清液过滤，测定亚甲基蓝的吸光度，计算其降解率。

用紫外-可见分光光度法测定亚甲基蓝含量，在其特征波长664 nm处,测其吸光度值A。亚甲基蓝的降解率按照下式进行计算:

式中：A0—降解前亚甲基蓝的吸光度；A—降解后亚甲基蓝的吸光度：η—亚甲基蓝的降解率。

2 结果与讨论

2.1 外加交变磁场的频率大小对光催化降解的影响

取125 mL 亚甲基蓝溶液，初始浓度为10 mg/L，pH为9，加入25 μL过氧化氢、0.20 g TiO2，交变磁场频率分别为0 kHz、4 kHz、8 kHz、10 kHz、12 kHz、14 kHz、16 kHz、20 kHz，通入线圈电流为1 A，反应1 h后取样，离心过滤，测吸光度，计算降解率，实验结果如图1所示。

图1 交变磁场的频率对亚甲基蓝降解率的影响Fig.1 The effect of the frequency of alternating magnetic field on decomposition rate of MB

实验证明，外加交变磁场的频率对TiO2光催化降解亚甲基蓝有一定的影响。随着交变磁场频率的增大，亚甲基蓝的降解率逐渐增大，到12 kHz 时达到最大值，然后随着交变磁场频率的增大，降解率先减小然后趋于平稳。在光催化体系外加交变磁场降解亚甲基蓝的光催化效果与不加交变磁场要好得多，且随着外加交变磁场频率的增大，磁场强度也随之增大，磁感应产生的紫外光也变强，磁场与紫外光的协同作用就更加明显，亚甲基蓝的降解率随之增大[7-8]。但是，降解率并非随着频率的增大而无限制增大，而是有一个最佳值，然后降解率就几乎不变，就是说，交变磁场对光催化降解亚甲基蓝的影响是有限度的[9-10]。

2.2 通入线圈电流大小对光催化降解的影响

取125 mL 亚甲基蓝溶液，初始浓度为10 mg/L，pH为9，加入25 L 过氧化氢、0.20 g 的TiO2，交变磁场频率为12 kHz，改变线圈电流分别为0.4 A、0.6 A、0.8 A、1.0 A、1.2 A、1.6 A、2.0 A，反应1 h 后取样，离心过滤，测吸光度，计算降解率，实验结果如图2所示。

图2 电流大小对亚甲基蓝降解率的影响Fig.2 The effect of the strength of the current on decomposition rate of MB

实验证明，通入线圈的高频交流电流大小对TiO2光催化降解亚甲基蓝有一定的影响。随着通入线圈高频交流电流的增大，线圈产生的交变磁场的强度也在增大，提高了光催化反应的效率。当交变磁场的频率为12 kHz，通入线圈的高频交流电流为2.0 A时，亚甲基蓝降解率可达96.85%。

2.3 反应时间对光催化降解亚甲基蓝的降解率和COD的影响

取125 mL 亚甲基蓝溶液，初始浓度为10 mg/L，pH为9，加入25 μL过氧化氢、0.20 g的TiO2，交变磁场频率为12 kHz，通入线圈电流为2.0 A，反应时间分别为0 min、2 min、5 min、10 min、15 min、20 min、40 min、60 min、90 min、120 min，离心过滤后，测吸光度和COD 值，计算降解率和降解前后的COD值，实验结果如图3和图4所示。

图3 反应时间对亚甲基蓝降解率的影响Fig.3 The effect of the reaction time on decomposition rate of MB

图4 反应时间对COD值的影响Fig.4 The effect of the reaction time on COD of MB

实验证明，反应时间对TiO2光催化降解亚甲基蓝有一定的影响。随着反应进行，初始阶段，亚甲基蓝降解速率增大较大，反应5 min 时就达到89.11%，然后降解率随反应时间增加而增大，但是增大的速率缓慢，当反应时间为120 min时，降解率达到98.67%。

亚甲基蓝溶液的初始COD值为25.68 mg/L，随着反应进行，COD先增大，达到峰值后逐渐降低，在反应120 min 时，溶液的COD 值为10.81 mg/L。本实验中亚甲基蓝COD 值先增大后减小的变化很可能与中间产物有关，随着中间产物增多，溶液总的COD 值就会变大，随着降解时间的逐渐增大，中间产物随之被降解，因此溶液的COD值逐渐减小。

3 结论

研究表明，用光催化新方法降解亚甲基蓝溶液取得了很好的效果，亚甲基蓝溶液可以很快褪色，获得最佳工艺条件为：交变磁场频率为12 kHz，通入线圈电流为2.0 A，反应时间为120 min，降解率达98.67%，COD值由25.68 mg/L降为10.81 mg/L，溶液颜色由蓝色变为无色。