Al2O3光催化降解染料性能研究

 　　近年來，用某些半導體材料作為光催化劑來降解處理污染物，在環(huán)境治理、新催化劑，對孔雀石綠，酚藏花紅，甲基紫等染料具有較好的光催化活性，性能穩(wěn)定，可重復使用。該催化劑制備方法簡單，反應時問短，易得價廉，對染料工業(yè)廢水處理具有一定的應用價值。

　　1 實驗部分

　　1．1 儀器與試劑

　　TU-1901雙光束紫外可見分光光度計(北京普析通用儀器有限責任公司)；pHS-3型精密酸度計(上海雷磁儀器廠)；XMT-9000馬弗爐(北京太光節(jié)能技術有限公司)。孔雀石綠，酚藏花紅，甲基紫，氨基黑，靛藍二磺酸，亮綠，羅丹明B水溶液，濃度均為30mg／L。所用化學試劑均為分析純，實驗用水為蒸餾水。

　　1．2 三氧化二鋁的制備

　　方法一：稱取一定量AlCl3。溶于蒸餾水中配制溶液。在快速攪拌的條件下緩慢滴加稀氨水，生成AI(OH)3膠體，抽濾并用無水乙醇、水洗滌至無cl-，將產(chǎn)物放人馬弗爐中450℃下煅燒4h，用瑪瑙研缽充分研細，標為Al2O3(1)

　　方法二：稱取一定量的氫氧化鈉溶于水中，濃度約為 30mol／L，加熱至沸騰，再以摩爾比1．3：1稱取氫氧化鋁，溶于氫氧化鈉溶液中，稀釋至一定濃度，過濾備用。將濃度約為2 mol／L的偏鋁酸鈉加入四口燒瓶，保持溫度在15～20℃左右，在劇烈攪拌的情況下向燒瓶中通人0．3～0．5m3／h的CO2待pH降到10．5～1l附近時，出料、抽濾、洗滌，得凝膠。將凝膠放人馬弗爐中450℃時煅燒4h，產(chǎn)物用瑪瑙研缽充分研細，標記為Al203　　　　　　　　　

　　方法三：選用實驗室層析用Al2O3，標記為A1203(3)；將此Al2O3。放人馬弗爐中450℃下灼燒4h，標記為Al2O3(4)。

　　1．3 實驗方法

　　量取50mL的各種有機染料于100 mL燒杯中，分別加入0．030g Al2O3樣品，用不同的光源照射一定時間，取上層清夜，在染料的最大吸收波長下測其吸光度A，染料的脫色率D=[(A0-A)]/A0X100％，A0為光照前染料溶液的吸光度，以染料的脫色率表征Al203的光催化活性。并對光催化反應后褪色的染料溶液和原溶液進行紫外可見光譜分析，以判斷溶液中的染料是否被降解。

　　2 結(jié)果與討論

　　2．1 不同方法制備的A1203光催化活性
　　按實驗方法，用同一光源照射3h，3種方法制備的Al2O3光催化活性大小見表l。從表l中看出，在太陽光照射下，Al2O3(1)對氨基黑，靛藍二磺酸鈉脫色較明顯；Al203(2)對孔雀石綠，酚藏花紅，甲基紫脫色效果好；而直接用實驗室Al2O3或經(jīng)活化的實驗室Al203對染料脫色都不明顯。原因可能是由于不同方法制備的Al2 03其粒徑大小或結(jié)構(gòu)不同，使其對不同染料光催化活性不同，本文選用Al203(2)為催化劑。
 

　　 2．2 不同光源對染料脫色率的影響
　　分別以太陽光、紅外光、紫外光作為光源，結(jié)果見表2。從表2中看出，3種光源以太陽光照射染料脫色效果最好，這可能與光源的特性以及Al203的能帶隙Eg有關，由于太陽光的波長范圍最寬，除可見光外，還有紅外光以及能量高的紫外、近紫外光，故可以被Al2O3吸收的光遠較單純紫外燈、紅外燈多。{page_break}

　　2.3 催化劑和光照條件對染料脫色率的影響
　　以太陽光為光源，實驗結(jié)果如表3。(1)當無催化劑用太陽光照射時，幾種染料脫色不明顯，說明各種染料在通常條件下比較穩(wěn)定；(2)有催化劑不光照各種染料都有一定的脫色，是由于催化劑表面對染料的吸附作用。在光催化反應中，反應物首先吸附在催化劑表面往往是反應的一個必要的前置步驟，隨后便在光催化劑表面或距表面的幾個原子處發(fā)生光催化降解反應。(3) 加催化劑且光照，染料脫色明顯，說明Al2O3確實起到了光催化劑作用。 

 

　　2．4 光照時間對染料脫色率的影響
　　按實驗方法，在太陽光照射下，測定孔雀石綠脫色率隨時間變化如圖l。結(jié)果表明，在實驗條件下，光照3h染料脫色率達90％以上，基本完全脫色。

　　形成的Al2O3薄層比較致密，可將到達表面的光子全部吸收，薄層表面產(chǎn)生的•OH基本保持恒定，光降解率變化不大，幾近完全，趨于一定值。
 

　　 2．6 溶液的pH對染料脫色率的影響
　　用HC1和NaOH來調(diào)節(jié)孔雀石綠染料溶液的pH值，太陽光作為光源。結(jié)果表明：在pH8～10范圍染料脫色率最高，達93％～96％；酸度增大或過低，染料脫色率都有所降低。其原因是Al203粉體在光照條件下產(chǎn)生的電子一空穴對與溶解氧和水作用，生成具有高度化學活性•OH 自由基的同時，還伴有H+、OH一產(chǎn)生，溶液中的pH值會影響到H+ 和OH-生成，從而影響到與之相伴的•OH數(shù)目，最終影響光催化反應的效率。
　　2.7外加物質(zhì)對染料脫色率的影響
在孔雀石綠染料溶液中，加入Al203催化劑，再分別加入lmL8mg／L Fe 3+，lmL 3％H202，lmL 0．2mg／mLA g+，lmL 5mg／mL Mg2+ ；同時做不加入Al203催化劑進行比較，太陽光照射3h后取樣分析，結(jié)果表明：在不加催化劑時，H2O2，F(xiàn)e3+使孔雀石綠脫色率為16．56％和19．27％，Ag+ 和Mg2+對染料脫色率為4．22％$I 5．3 1％，說明H202，F(xiàn)e3+ 染料光催化降解有一定催化作用或助催化作用。在有催化劑存在時，加入H20 2，F(xiàn)e3+ 脫色率影響不是很大，可能是由于脫色率已經(jīng)幾乎完全；而加入Ag+ ，Mg2+對染料脫色率略有降低，說明其不具有光催化劑作用和助催化作用。
　　2．8 染料溶液紫外可見光譜分析
對孔雀石綠原溶液和經(jīng)光催化脫色后的相應溶液測定紫外可見吸收光譜如圖3。明顯看出曲線3不僅吸光度趨于零，而且紫外和可見光區(qū)吸收峰與原溶液發(fā)生了較大變化，從而說明實驗制備的A1203(2)在太陽光照條件下使染料確實發(fā)生了降解。

 

　　2．9 催化劑的穩(wěn)定性
　　將使用過的Al2O3用蒸餾水充分洗滌3次，再用無水乙醇洗滌兩次，自然干燥，按實驗1．3對孔雀石綠溶液進行實驗(太陽光照3h，溶液pH9)，其脫色率為94．1％，其催化活性與前面相比基本沒有變化。因此用液相加熱法制備的Al2O3光催化劑性能穩(wěn)定，可以重復使用。