磁化預(yù)處理作用下光催化降解水中有機(jī)染料_圖文

1、年月廣西師范學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版）第卷第期（）文章編號：（）磁化預(yù)處理作用下光催化降解水中有機(jī)染料胡波，黃勵，張高科（廣西師范學(xué)院資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，廣西南寧；武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，湖北武漢）摘要：將磁化與光催化結(jié)合對酸性紅溶液進(jìn)行降解結(jié)果表明，磁化可以提高酸性紅溶液對紫外光的吸收；影響光催化過程通過合理實(shí)驗(yàn)設(shè)計，研究了磁化時間、磁場強(qiáng)度對光催化的影響，討論了磁化對光催化過程的作用機(jī)理，提出磁化對光催化存在協(xié)同作用關(guān)鍵詞：磁化；光催化；酸性紅；中圖分類號：文獻(xiàn)標(biāo)識碼：半導(dǎo)體光催化法作為水處理高級氧化技術(shù)，已越來越受人們所關(guān)注其中以型半導(dǎo)體材料，多相光催化作用的研究尤為熱門【但是單純光

2、催化存在光催化效率低問題這也是決定該技術(shù)是否適用的一個關(guān)鍵因素為了提高光催化效率，目前，國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)者們對此開展了一系列研究，其途徑可總結(jié)為兩點(diǎn)：一是通過光催化劑的改性、改進(jìn)，從而提高光催化效率；二是與其它廢水處理技術(shù)結(jié)合，通過相互強(qiáng)化作用達(dá)到協(xié)同作用來提高廢水處理效率后者是該領(lǐng)域研究的一個新的熱點(diǎn)課題近年來國內(nèi)外學(xué)者開展了把熱催化、微波、超聲波、電化學(xué)¨等過程或技術(shù)結(jié)合研究、利用協(xié)同作用來提高光催化氧化效率，取得了一定的成績磁場作為一種物理場，它能夠?qū)λ奈锢砘瘜W(xué)性質(zhì)產(chǎn)生一定的影響，如使水的吸光系數(shù)在以下和大于的范圍有顯著增加，溶解氧增加，表面張力下降對水分子及水中的離子狀態(tài)

3、也產(chǎn)生影響，如磁場能夠影響電子自旋的性狀、自旋的取向、自旋能量和自旋定向，從而改變系統(tǒng)熵值，影響化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行【卜，進(jìn)而對光催化反應(yīng)過程和結(jié)果產(chǎn)生影響本文將磁化技術(shù)與光催化技術(shù)結(jié)合起來處理酸性紅溶液采用不同磁場強(qiáng)度磁化預(yù)處理方式，研究了在通入空氣攪拌方式下，用懸浮態(tài)作催化劑和高硼紫外燈進(jìn)行酸生紅溶液光催化轉(zhuǎn)化試驗(yàn)初步探討磁化對光催化過程的影響實(shí)驗(yàn)部分主要試劑及主要設(shè)備自制（采用離子溶膠凝膠法制得分析為銳鈦礦和金紅石混合晶型，其中銳鈦礦占，金紅石占；粒徑為）；酸性紅染料（分析純）；實(shí)驗(yàn)用水為去離子水自制永磁箱式磁化器；自制光催化反應(yīng)器；一型空氣攪拌器；紫外可見分光光度計實(shí)驗(yàn)方法采用永磁箱式磁化器對

4、一定濃度酸性紅溶液進(jìn)行靜態(tài)磁場預(yù)處理，在此之前將懸浮于溶液中，每次處理溶液為，密閉后置于勻強(qiáng)磁場中，并使其避光，磁場大小可通過改變磁極距離進(jìn)行調(diào)節(jié)光催化反應(yīng)在高硼紫外燈（波長）垂直照射下進(jìn)行，光源距試樣液面收稿日期：基金項(xiàng)目：桂師院青年基金（）；武漢市青年科技晨光計劃（）作者簡介：胡波（一），男，湖北，蘄春人，講師，碩士，研究環(huán)境催化，光催化廣西師范學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版）第卷采用一型空氣攪拌器攪拌并起充氧作用用型離心沉淀器對反應(yīng)后樣品離心沉淀后，分離上清液靜置以消除磁效應(yīng)根據(jù)目標(biāo)物酸性紅在處的特征吸收峰，用紫外可見分光光度計對分離后試樣進(jìn)行測定分析方法采用光譜法測定酸性紅溶液的濃度，為了更準(zhǔn)確

5、說明磁場對光催化過程的影響，本次實(shí)驗(yàn)引出磁致吸光度這一概念：相同條件下未磁化液和磁化預(yù)處理液光催化后溶液吸光值之差即一式中：磁致吸光度。：未磁化液光催化后溶液吸光值：磁化預(yù)處理液光催化后溶液吸光值結(jié)果及討論磁化對溶液吸光度的影響測定在磁場強(qiáng)度下磁化的酸性紅溶液與未經(jīng)磁化的酸性紅溶液對波長為處的紫外吸收如圖所示由圖可知，磁化后酸性紅溶液對波長為處的紫外吸收比未經(jīng)磁化的酸性紅溶液要高個百分點(diǎn)，但是它們的吸收峰形基本上還是一樣的，這說明磁化過的溶液并沒有發(fā)生物質(zhì)結(jié)構(gòu)的改變，其對紫外光的吸收的增加主要是因?yàn)榇艌鲎饔闷茐牧巳芤褐兴肿拥牟糠謿滏I，使水分子締合物變小而趨于活躍，從而增加了對紫外光的吸收入（

6、商圖磁化與未磁化液紫外吸收比較純水中的水分子大部分通過氫鍵與其他水分子相連，形成鏈和網(wǎng)絡(luò)，在一定溫度、壓力下達(dá)到動態(tài)平衡：（）。毒（）。一；磁場對平衡的微擾，有利于它向右移動相應(yīng)地增大對紫外光的吸光度在水中有氧存在的情況下，磁場和光子協(xié)同作用能產(chǎn)生一定量的，在紫外光幅照下分解生成羥基，從光催化反應(yīng)的機(jī)理來看，光催化是利用產(chǎn)生的活性極高的自由基（主要是自由基）作為反應(yīng)的氧化劑因此磁化有可能提高光催化反應(yīng)中的和，從而可提高紫外光催化降解有機(jī)物效率磁化對光催化的影響將在的磁場下磁化了的磁化后酸性紅溶液和未經(jīng)磁化的酸性紅溶液分別置于自制光催化反應(yīng)器中同時進(jìn)行降解，每各取一次樣，直到廢水完全脫色為止然后

7、用分光分度計測定各個樣品的透光率以分析在同一時間內(nèi)，有無磁場時酸性紅的降解率并制出降解曲線如圖所示從圖上可以看出，磁化酸性紅溶液降解曲線隨降解時間增加接近未經(jīng)磁化液的降解曲線但整個過程伴隨有一定的漲落這一現(xiàn)象與磁化水的記憶效應(yīng)相似由此看來磁場在光催化反應(yīng)中通過磁場自身對水結(jié)構(gòu)的影響使溶液中水合離子的平（）衡產(chǎn)生微擾從而生成一些有利于降解的自由基，如氫氧自由基圖磁化與未磁化液光催化降解比較第期胡波，黃勵，張高科：磁化預(yù)處理作用下光催化降解水中有機(jī)染料（）和超氧陰離子自由基（一）在此之后隨著磁場效應(yīng)的減弱，溶液中氫鍵平衡向締合度增大方移動，即向原來的平衡位置恢復(fù)，紫外吸光度恢復(fù)原值，及酸性紅的量的

8、減少，催化反應(yīng)也逐漸慢下來，其吸光值也漸漸與未磁化廢水的靠近磁化時間對光催化的影響將在的磁場下分別磁化了、的酸性紅溶液與未磁化的毒酸性紅溶液做四組對比光降解實(shí)驗(yàn)如圖所示凹瞄曬姒鋤由圖以看出，磁化時間對光催化反應(yīng)后吸光值的影響在個百分點(diǎn)左右其中磁化十磁化十磁化十磁化磁化、的酸性紅溶液光催化反應(yīng)變化趨圖不同磁化時間對光催化降解影響勢相近，在光催化后才開始變小，磁化的酸性紅溶液在光催化氧化后其磁致吸光度開始變小，這一結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果有些相似經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明純水經(jīng)的磁化后對紫外光的吸收即達(dá)到飽和磁場強(qiáng)度對磁場效應(yīng)的影響將分別在、的磁場下磁化了的廢水與未磁化的酸性紅溶液做三組對比光降解實(shí)驗(yàn)如圖所示從圖來看，在、

9、磁場下磁化的酸性紅溶液其磁致吸光度變化趨勢相同，在光催右化降解后變小，磁場強(qiáng)度越大，磁致吸光度也旺越大；在磁場強(qiáng)度下磁化的酸性紅溶液司其磁致吸光度在后又迅速增大而在純水經(jīng)磁化后對紫外光的吸收實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)，在該范圍場強(qiáng)內(nèi)，隨著處理磁場強(qiáng)度的增大，純水對紫外光的吸收也隨之增大【分析圖知道酸性紅溶液在啪叭呲嘲；芻嗽眥。磁場下磁化后只是增加了溶液中水分子對蚴紫外光的吸收，溶液中酸性紅并沒有發(fā)生改圖不同磁場強(qiáng)度對光催化降解影響變說明酸性紅溶液在磁場下磁化光催化反應(yīng)后磁致吸光度的迅速增加不只由增加紫外光吸收引起的，更主要是由于該強(qiáng)度磁化效應(yīng)與光催化過程產(chǎn)生協(xié)同作用根據(jù)磁動力學(xué)的原理，可能是該強(qiáng)度磁場改變了

10、光催化反應(yīng)中自由基的自旋形態(tài)，減小了自由基的復(fù)合速度，從而增大了自由基的濃度，加快了酸性紅的氧化使磁致吸光度增加結(jié)論經(jīng)初步實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，磁化過的酸性紅溶液對波長為的紫外光的吸收比未經(jīng)磁化過的酸性紅溶液要高個百分點(diǎn)，磁化對酸性紅溶液光催化降解過程應(yīng)有一定的促進(jìn)作用，磁化時間越接近飽和磁化時間，磁化效應(yīng)越明顯、持續(xù)時間越長、對光催化過程的促進(jìn)作用越穩(wěn)定酸性紅溶液在磁場下飽和磁化后與光催化過程產(chǎn)生協(xié)同作用，說明磁場不是簡單地直接以能量方式影響光催化反應(yīng)過程參考文獻(xiàn)：，（）廣西師范學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版）第卷，（）：王有樂，張慶芳，馬煒光催化劑改性技術(shù)的研究進(jìn)展環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，（）：段啟偉，達(dá)志堅，郝小明，

11、等九屆全國催化學(xué)術(shù)會議論文集北京：海潮出版社，李旦振，鄭宜，付賢智微波一光催化耦合效應(yīng)及其機(jī)理研究物理化學(xué)學(xué)報，（）：付賢智，旦振提高多相光催化過程效率的新途徑福州大學(xué)學(xué)報（自科版），（）：安太成，何春，朱錫海，顧浩飛，衛(wèi)國，熊亞三維電極電助光催化降解直接湖藍(lán)水溶液的研究，催化學(xué)報，（）：，（）：郭銀松磁化處理對水體的復(fù)氧速率及生物效應(yīng)影響的研究重慶環(huán)境科學(xué)，（）：，（）：蔣秉植磁場對某些化學(xué)反應(yīng)的影響化學(xué)通報，（）：程華磁場影響化學(xué)反應(yīng)化學(xué)通報，（）：胡波，張高科，聶靜，等懸漿體系光催化降解酸性紅動力學(xué)分析安全與環(huán)境學(xué)報，（）：徐光憲，王祥云物質(zhì)結(jié)構(gòu)（第二版）北京：高等教育出版社，施其宏，于

12、洋，高菲飲用水與礦化水溶液的磁光協(xié)同技術(shù)研究水處理技術(shù)，（）：，（，；，）：。，：；責(zé)任編輯：黃天放 磁化預(yù)處理作用下光催化降解水中有機(jī)染料作者：作者單位：刊名：英文刊名：年，卷(期：被引用次數(shù)：胡波， 黃勵， 張高科， HU Bo， HUANG Li， ZHANG Gao-ke胡波,黃勵,HU Bo,HUANG Li(廣西師范學(xué)院,資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,廣西,南寧,530001， 張高科,ZHANG Gao-ke(武漢理工大學(xué),資源與環(huán)境工程學(xué)院,湖北,武漢,430070廣西師范學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版）JOURNAL OF GUANGXI TEACHERS EDUCATION UNIVERSIT

13、Y(NATURAL SCIENCE EDITION2005,22(23次參考文獻(xiàn)(15條1. Hoffmann MR;MartinST;ChoiW Environmental application of semiconductalysis外文期刊 1995(12. OLLIS D F Contaminant degradation in Water 1985(063. 王有樂;張慶芳;馬煒 光催化劑TiO2改性技術(shù)的研究進(jìn)展期刊論文-環(huán)境科學(xué)與技術(shù) 2002(014. 段啟偉;達(dá)志堅;郝小明 九屆全國催化學(xué)術(shù)會議論文集 19985. 李旦振;鄭宜;付賢智 微波-光催化耦合效應(yīng)及其機(jī)理研究期刊

14、論文-物理化學(xué)學(xué)報 2002(046. 付賢智;旦振 提高多相光催化過程效率的新途徑期刊論文-福州大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版 2001(067. 安太成;何春;朱錫海;顧浩飛, 衛(wèi)國, 熊亞 三維電極電助光催化降解直接湖藍(lán)水溶液的研究期刊論文-催化學(xué)報 2001(028. Lev Davydov;Ettireddy P Reddy;Paul France Sonophotocatalytic destruction of organic contaminantsin aqueous systems on TiO2 powders 2000(059. 郭銀松 磁化處理對水體的復(fù)氧速率及生物效應(yīng)影響的研

15、究 1996(0310. Euhene J Kelly Magnetic Field Effects on Electrochemical Reactions Occurring at Metal/Flowing-Electrolyte Interfaces外文期刊 1977(0711. 蔣秉植 磁場對某些化學(xué)反應(yīng)的影響 1991(1012. 程華 磁場影響化學(xué)反應(yīng) 1989(0513. 胡波;張高科;聶靜 TiO2懸漿體系光催化降解酸性紅B動力學(xué)分析期刊論文-安全與環(huán)境學(xué)報 2004(0414. 徐光憲;王祥云 物質(zhì)結(jié)構(gòu) 199015. 施其宏;于洋;高菲 飲用水與礦化水溶液的磁光協(xié)同技術(shù)研究期刊論文-水處理技術(shù) 2001(06引證文獻(xiàn)(3條1. 胡濤.