光催化降解羅丹明B的研究

IITiO2-SiO2光催化降解羅丹明B的研究摘要文章系統(tǒng)論述了羅丹明B降解的研究現(xiàn)狀及未來發(fā)展，同時綜合分析了TiO2-SiO2催化劑的制備及優(yōu)點，光催化降解在有機廢水方面的應(yīng)用，結(jié)合多方面因素來探討pH，催化劑用量，羅丹明B濃度各因素對光催化降解羅丹明B的影響，再根據(jù)響應(yīng)面法的結(jié)果分析，確定處理羅丹明B的最佳工藝條件。響應(yīng)面法實驗結(jié)果表明，不同因素對羅丹明B降解率的影響不同，從大到小依次為：pH，催化劑用量，羅丹明B初始濃度，其中pH的影響最大。處理羅丹明B的最佳工藝條件：pH為5.5，TiO2-SiO2催化劑用量為0.18g，羅丹明B初始濃度關(guān)鍵詞：羅丹明B；光催化；TiO2-SiO2催化劑；響應(yīng)面法TheResearchofRhodamineB’sPhotocatalyticDegradationbyTiO2-SiO2AbtsractTheresearchofRhodamineBanditsdevelopmentinthefuturehavebeendiscussedsystematicallyinthispaper,andthepreparationofTiO2-SiO2catalystanditsbenefithaveacomprehensiveanalysis.Photocatalyticdegradationhadbeenapplicatedwidelyinhandletheorganicwastewater.Combiningmanyfactorsfromallsides,theaffectofpH,thedosageofcatalyst,theinitialconcentrationofRhodamineBhavebeendiscussedwhenphotocatalyticdegradationofRhodamineB.Thenitdeterminestheoptimumparametersofdegradationbasedontheresponsesurfaceexperimentresultanalysis.Finally,theresultoftheexperimentindicates:Theresponsesurfaceexperimentresultshowedthatdifferentfactorshavedifferentinfluencesonthedegradationcapacity,fromlargetosmall:pH,thedosageofcatalyst,theinitialconcentrationofRhodamineB,amongwhichpHhasthemostsignificantinfluence.ThebestconditionsfordegradationofRhodamineB:pHis5.5,thedosageofTiO2-SiO2is0.18g,theinitialconcentrationofRhodamineBisKeywords:TiO2-SiO2PAGE25目錄引言 1第一章羅丹明B簡介及有機廢水處理方法 21.1羅丹明B的簡單介紹 21.1.1羅丹明B的危害 21.1.2羅丹明B的檢測 31.1.3羅丹明B的降解 31.2TiO2的光催化機理及制備 41.2.1TiO2的光催化機理 41.2.2TiO2光催化技術(shù)的應(yīng)用 41.3TiO2的制備方法 41.3.1物理法 41.3.2化學(xué)法 51.4響應(yīng)面實驗 6第二章實驗研究的目的意義及方案設(shè)計 72.1研究的目的意義 72.2研究的內(nèi)容 72.3研究目標 72.4研究方案設(shè)計 72.4.1實驗材料及儀器 72.4.2實驗方法及過程 8第三章實驗結(jié)果與討論 123.1計算公式 123.2羅丹明B的最大吸收波長 123.3標準曲線的繪制 123.4TiO2-SiO2催化劑紅外光譜圖分析 133.5單一數(shù)實驗結(jié)果與分析 143.5.1吸附時間對降解率的影響 143.5.2pH值對降解率的影響 153.5.3TiO2-SiO2催化劑用量對吸附率的影響 153.5.4羅丹明B的初始濃度對降解率的影響 163.6響應(yīng)面實驗結(jié)果與分析 163.7降解的最佳條件 223.8結(jié)論 223.9未來展望 22參考文獻 23致謝 25引言隨著現(xiàn)代印染工業(yè)的迅速發(fā)展，通過各種途徑進入水體中的化合物的種類和數(shù)量急劇增多，有機廢水中含有許多難以降解有毒的污染物，其中羅丹明B具有較高的難降解性和易累積等特點，對生態(tài)系統(tǒng)和人類健康構(gòu)成了嚴重威脅。羅丹明B（RB）俗稱花粉紅，是一種具有鮮桃紅色的人工合成的染料，氧雜蒽染料中的重要代表物，廣泛存在印染廢水中，羅丹明B還涉及食品安全事件，2011年2月15日，“重慶千驕調(diào)味品有限公司”廠區(qū)內(nèi)部分殘留豆瓣醬和紅油中查出羅丹明B，經(jīng)老鼠試驗發(fā)現(xiàn)，羅丹明B會引致皮下組織生肉瘤，被懷疑是致癌物質(zhì)。由于其難生物降解，大量使用會對水環(huán)境造成很大危害，因此對含有RB廢水的降解處理便顯得十分重要。除了苯環(huán)類類物質(zhì)，有機廢水中還有可能存在其他的有毒物質(zhì)，會在水體、土壤等自然環(huán)境中不斷積累、儲存，最后進入人體到目前為止，經(jīng)過長期努力已經(jīng)建成很多降解方法，常用的方法有物理法，化學(xué)法，生物法等，最常用是化學(xué)法，其中，已經(jīng)建成很多降解方法，常用的方法有物理法，化學(xué)法，生物法等，最常用是化學(xué)法，光催化氧化法具有（1）無毒（2）安全（3）穩(wěn)定性好（4）催化活性高（5）見效快（6）能耗低（7）可重復(fù)使用等優(yōu)點。光催化法可以為環(huán)境保護事業(yè)和企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展做出更大的貢獻。由于TiO2具有優(yōu)良的光催化效應(yīng)，且對人體無毒無害，因此它是一種優(yōu)良的催化劑。另外，響應(yīng)面法具有試驗次數(shù)少、預(yù)測性能好、精密度高等優(yōu)點，本課題利用此方法來討論pH、羅丹明B初始濃度、催化劑用量等因素對降解羅丹明B的影響，為治理印染廢水提供依據(jù)。第一章羅丹明B簡介及有機廢水處理方法1.1羅丹明B的簡單介紹羅丹明B（RB）俗稱花粉紅，又名玫瑰紅，是一種具有鮮桃紅色的人工合成的染料,氧雜蒽染料中的重要代表物，分子式為C28H31ClN2O3，分子量為479.0175，其分子結(jié)構(gòu)如圖1，常溫下為紅紫色粉末或綠色結(jié)晶，幾乎沒有異味，易溶于水和乙醇，水溶液為藍紅色，稀釋后有強烈熒光具有良好的穩(wěn)定性和染色能力，主要用于紡織、制漆、造紙、皮革等的工業(yè)染色，同時它亦是一種常見的分析試劑，廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、礦業(yè)、環(huán)保、鋼鐵等領(lǐng)域，也可作實驗室中細胞熒光染色劑[1]。圖1.1羅丹明B的分子結(jié)構(gòu)羅丹明B的危害印染工業(yè)中由于不完善的清洗和處理技術(shù)，大約有15%左右的染料從生產(chǎn)廢液中排出去，成分復(fù)雜、色度高、可生化是這種廢水的特點，特別是高色度這一特點嚴重影響水體質(zhì)量，抑制了太陽光進入水體于是降低了水中生物的光合作用，許多染料是有毒的，有的具有致癌和致突變性，難降解，例如羅丹明B。不僅對動物和植物造成傷害，同時嚴重影響人類的身體健康，染料廢水中羅丹明B的濃度一般高于100mg/L。羅丹明B曾用作食品添加劑，經(jīng)老鼠試驗發(fā)現(xiàn)，羅丹明B會引致皮下組織生肉瘤，被懷疑是致癌物質(zhì)，現(xiàn)已不允許用作食品添加劑及食品染色。但由于羅丹明B具有顏色紅艷、價格低廉、穩(wěn)定性良好，常被不法商家用作替代食品添加劑的著色劑，給人們的飲食安全帶來極大隱患。2011年2月15日，“重慶千驕調(diào)味品有限公司”廠區(qū)內(nèi)部分殘留豆瓣醬和紅油中查出羅丹明B。2011年4月底，重慶警方又查獲上萬斤用羅丹明B染色的毒花椒，這些毒花椒被制成火鍋底料。羅丹明B之所以不能作為食品添加劑的主要原因不僅僅是因為它屬于人工合成染料，還因為攝取、吸入以及皮膚接觸到它會造成慢性和急性的中毒傷害。1999年，陳建軍等報道人體食入、吸入以及皮膚接觸羅丹明B能引起不同程度急性中毒癥狀，它主要作用在皮膚、氣管、肺、胃腸等器官，且對心臟、腎、脾、肝、及血液系統(tǒng)有一定的損害作用。此外，2002年，黃良平等報道羅丹明B可以被腸道吸收，然后隨血液分布到各器官，使皮膚、臟器、粘膜染紅，鏡下觀察到腦間血管輕度淤血，部分心肌纖維斷裂，最終致人死亡。在2008年羅丹明B已經(jīng)被國家列入第一批《食品中可能違法添加的非食用物質(zhì)和易濫用的食品添加劑名單》，美國、歐盟等國家也都不允許在食品中使用。1.1.2羅丹明B的檢測我國目前尚沒有檢測食品中羅丹明B的國家標準，也無快速檢測和鑒定方法。根據(jù)相關(guān)文獻報道可采用高效液相色譜-熒光檢測器法[2]，高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜檢測方法[3]。1.1.3羅丹明B的降解由于羅丹明B難生物降解，大量使用會對水環(huán)境造成很大危害，因此對含有RB廢水的降解處理便顯得十分重要。經(jīng)過長期努力已經(jīng)建成很多處理方法，常用的方法有物理法，化學(xué)法，生物法等，如化學(xué)氧化法[4]、吸附法[5]、混凝沉淀法[6]、膜分離法[7]、離子交換法[8]及微生物降解法[9]。最常用是化學(xué)法，現(xiàn)階段有很多關(guān)于光催化降解羅丹明B的研究，李愛昌[10]等用（Ni-Mo）-TiO2納米薄膜提高羅丹明B的降解率，王建強[11]用硅膠為載體。采用溶膠-凝膠法制備了Fe3+-TiO2/SiO2光催化劑，探討了光催化反應(yīng)中溶液pH值和起始濃度對催化反應(yīng)的影響。張麗[12]等討論了以CuO2作為光催化劑，在太陽光下，加入H2O2，可溶性染料羅丹明B的降解率達到100%。還有在此基礎(chǔ)上發(fā)展的超聲光催化，光電催化。其他還有力空化強化臭氧降解水中羅丹明B[13]，芬頓氧化法（加雙氧水、Fe2+）降解羅丹明B[14]這兩種方法都是利用強氧化性物質(zhì)降解羅丹明B，但是光催化氧化法具有無毒、安全、穩(wěn)定性好、催化活性高、見效快、能耗低、可重復(fù)使用等優(yōu)點。本文探討了羅丹明B光催化降解的研究。1.2TiO2的光催化機理及制備自從在1972年Fuiishima和Honda發(fā)現(xiàn)具有光分解水功能的TiO2單晶電極以后，半導(dǎo)體多相光催化反應(yīng)引起人們的濃厚興趣。由于半導(dǎo)體光催化具有操作簡單、能耗低、反應(yīng)條件溫和與無二次污染等優(yōu)點，成為了近年來日益受重視的環(huán)境污染治理新技術(shù)，并廣泛研究[15]。1.2.1TiO2的光催化機理TiO2的晶型中銳鈦礦型的光催化活性最高[16]。TiO2光催化是以能帶理論為基礎(chǔ)，將N型半導(dǎo)體作為敏化劑的一種光敏氧化法。TiO2之所以能作為光催化劑，原因在于其作為N型半導(dǎo)體的能帶是不連續(xù)的，在能量較低的價帶VB和能量較高的導(dǎo)帶CB之間存在一個禁帶。當(dāng)用能量大于等于禁帶寬度ES的光照射TiO2時，其價帶上的電子就會激發(fā)躍遷到導(dǎo)帶上，同時在價帶上產(chǎn)生相應(yīng)的空穴。電子-空穴的壽命很短，一般只有幾皮秒。但是足夠吸附在半導(dǎo)體表面的物質(zhì)（待降解物）俘獲電子或者空穴，實現(xiàn)氧化還原降解。價帶的空穴具有很強的得電子能力，即強氧化性，可奪去吸附在半導(dǎo)體顆粒表面有機物和溶劑中的電子，使之徹底氧化為CO2、H2O和其它無機物。導(dǎo)帶的電子具有強還原性，能還原大多數(shù)金屬離子以及還原溶解的氧氣生成超氧自由基(·O2-)和雙氧水(H2O2)。1.2.2TiO2光催化技術(shù)的應(yīng)用光催化是一種效應(yīng)，其實許多物質(zhì)都具有這種效應(yīng)，如氧化鋅、氧化硅、氧化鈦等，但二氧化鈦對人體無毒無害。而從光催化劑應(yīng)用的前景來看，主要應(yīng)用領(lǐng)域包括：一是二氧化鈦涂層的自潔凈功能，將二氧化鈦涂覆在建筑材料、交通工具、室內(nèi)裝修材料的表面，即能分解這些表層的污染物，再通過雨水的清洗即可實現(xiàn)自潔效果；二是超親水性能用于制備防霧設(shè)備，三是空氣和水資源的凈化，自從發(fā)現(xiàn)TiO2的光催化活性以來，利用TiO2的光催化性質(zhì)處理污水中的有機污染物就成為應(yīng)用TiO2的一種最直接的方面，如對上下水源的處理，工廠排水、農(nóng)業(yè)排水的處理等。四是實驗結(jié)果表明，將二氧化鈦涂覆在盛水的容器上，光照后發(fā)現(xiàn)能產(chǎn)生殺菌效果，起到很好的凈化效果。光催化的抗菌效果比傳統(tǒng)滅菌方法更有優(yōu)勢。1.3TiO2的制備方法1.3.1物理法1.氣相冷凝法:把樣品預(yù)先處理為氣相然后在液氮的氣氛下冷凝成核制得納米TiO2粉體，但該方法不適用于制備沸點較高的半導(dǎo)體氧化物。2.高效能球磨法：工藝較簡單，但制得的粉體形狀不規(guī)則，顆粒尺寸大，均勻性差。1.3.2化學(xué)法1.溶膠-凝膠法溶膠-凝膠法制備TiO2是當(dāng)今研究最多和最具有工業(yè)化前景的方法[17,18]。通常以Ti的金屬醇鹽作為前驅(qū)體，將其加入到水和乙醇的混合溶液中，然后再調(diào)節(jié)溶液的pH值，并加入酸等抑制劑來抑制Ti金屬醇鹽的強烈水解，再通過羥基縮合，進一步交聯(lián)，最后得到透明的溶膠。其反應(yīng)過程如下：水解反應(yīng)：Ti(OR)4+4H2O→Ti(OH)4+4ROH失醇縮聚：Ti(OH)4+Ti(OR)4→2TiO2+4ROH失水縮聚：Ti(OH)4+Ti(OH)4→2TiO2+4H2O溶膠-凝膠法還可以Ti無機鹽作為前驅(qū)體，直接將其加入到去離子水中調(diào)節(jié)批pH值，水解后去除Cl－離子即可制得溶膠。經(jīng)干燥、煅燒，即可得到TiO2粉體[19]。此法最突出的優(yōu)點是反應(yīng)物分子在分子水平上均勻混合，并且制得粒子的粒徑分布窄、工藝較簡單、容易進行摻雜來實現(xiàn)改性提高催化活性。2.浸漬法 浸漬法將載體放進含有活性物質(zhì)的液體或氣體中浸漬，活性物質(zhì)逐漸吸附于載體的表面，當(dāng)浸漬平衡后，去除剩余液體，再進行干燥、焙燒、活化等制得催化劑。浸漬法適用于制備稀有貴金屬催化劑。3.離子交換法利用離子交換的手段把活性組分以陽離子形式交換吸附在載體上，適用于低含量、高利用率的貴金屬催化劑。4.沉淀法將沉淀劑加入金屬鹽類溶液，得到沉淀后再洗滌，干燥，焙燒，研磨，活化，制得催化劑。本文利用溶膠-凝膠法制備TiO2-SiO2催化劑。1.4響應(yīng)面實驗響應(yīng)面優(yōu)化法，即響應(yīng)曲面法(ResponseSurfaceMethodology，RSM)，同正交試驗一樣也是一種最優(yōu)化方法，適宜于解決非線性數(shù)據(jù)處理的相關(guān)問題，考慮了試驗隨機誤差。它是將體系的響應(yīng)（如萃取化學(xué)中的萃取率）作為一個或多個因素（如萃取劑濃度、酸度等）的函數(shù)，運用圖形技術(shù)將這種函數(shù)關(guān)系顯示出來，以供我們憑借直覺的觀察來選擇試驗設(shè)計中的最優(yōu)化條件。由于響應(yīng)面法具有實驗次數(shù)少、精密度高、預(yù)測性能好等優(yōu)點，近年來受到應(yīng)用。羅勇勝等[20]運用響應(yīng)面實驗設(shè)計研究光合細菌與芽孢桿菌協(xié)同作用時的用量和最佳配比。王拯等[21]通過建立響應(yīng)曲面模型得到光催化劑TiO2/Al2O3/Fe2O3降解染料的最佳的初始pH值、光強和光催化劑濃度。借鑒以上研究成果，TiO2-SiO2催化劑光催化降解羅丹明B利用響應(yīng)面法尋找降解的最優(yōu)條件。 第二章實驗研究的目的意義及方案設(shè)計2.1研究的目的意義印染工業(yè)生產(chǎn)中會產(chǎn)生大量的有機廢水，如不及時處理會對環(huán)境造成較大的污染，危害人們的生活。羅丹明B具有較高的難降解性和易累積等特點，對生態(tài)系統(tǒng)和人類身體健康構(gòu)成了嚴重威脅。因此水中羅丹明B的危害引起了世界范圍的廣泛關(guān)注。TiO2光催化處理廢水則是近年來新興發(fā)展的一種方法。本課題使用響應(yīng)面法尋找最優(yōu)條件。同時了解光催化作用的原理和方法、催化劑的制備。2.2研究的內(nèi)容（1）溶膠凝膠法制備TiO2-SiO2催化劑。（2）響應(yīng)面法求得光催化降解羅丹明B的最佳條件。2.3研究目標本論文主要研究目標是找到光催化降解羅丹明B的最佳工藝條件，為光催化降解用于處理有機廢水提供理論實驗依據(jù)。2.4研究方案設(shè)計2.4.1實驗材料及儀器表2.1本實驗采用的化學(xué)試劑品名規(guī)格生產(chǎn)公司無水乙醇分析純天津天利化學(xué)試劑有限公司硅酸乙酯分析純天津光復(fù)精細化工研究所鈦酸丁酯化學(xué)純天津光復(fù)精細化工研究所聚乙二醇400化學(xué)純天津市福晨化學(xué)試劑廠羅丹明B分析純天津縱橫興工貿(mào)有限公司化工試劑公司鹽酸分析純?nèi)R陽經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)精細化工廠氫氧化鈉分析純上?？品A工科技有限公司表2.2本實驗采用的儀器名稱型號生產(chǎn)公司電動攪拌器100WJJ-1型深圳天南海北實業(yè)有限公司光化學(xué)反應(yīng)儀XPA-7系列南京胥江機電廠紫外分光光度計Agilent8453濟南勝利儀器公司馬弗爐MFL-8000型上海勝利儀器公司數(shù)顯磁力攪拌加熱器SHE-1000型江蘇金壇市金祥龍電子有限公司低轉(zhuǎn)速臺式大容量離心機TDL-40C型瑞獎牌系列離心機分析天平FA1204B型島津國際貿(mào)易（上海）有限公司生產(chǎn)pH計PHS-25型上海精密科學(xué)儀器有限公司2.4.2實驗方法及過程一、TiO2-SiO2催化劑的制備（一）TiO2-SiO2溶膠的制備A溶液：取10ml正硅酸乙酯溶于10ml乙醇中，再加入3.6%（w）的HCl水溶液攪拌30min。B溶液：取20ml鈦酸四丁酯溶于20ml乙醇中。在快速攪拌A液下，將B液緩慢加入，同時滴加7.5gPEG(聚乙二醇)所加PEG與溶膠中(SiO2+TiO2)的質(zhì)量一樣然后劇烈攪拌1h得到溶膠。（二）TiO2-SiO2粉體的制備把制得溶膠放入80℃下的恒溫干燥箱中干燥5h，研磨得到粉末，然后再放入馬弗爐中從室溫以1.5℃/min的速度加熱至450℃，保溫2h，制得TiO2-Si二、TiO2-SiO2催化降解羅丹明B實驗將羅丹明B溶液模擬污水加入光催化反應(yīng)裝置中，加入制得TiO2-SiO2催化劑，在磁力攪拌器的攪拌下進行光催化降解實驗，隔一段時間取樣，然后在紫外分光光度計上測吸光度，并計算降解率。圖2.1光催化裝置外部圖圖2.2光催化裝置1.吸附試驗通過RB在催化劑表面上的吸附行為，確定吸附在RB的光催化降解過程中的作用，為了避免光催化降解，吸附實驗在暗室內(nèi)進行。具體操作：稱取0.1000g的TiO2-SiO2光催化劑，量取50ml濃度分別為10.00mg/L的RB溶液于石英試管放入光反應(yīng)器中進行反應(yīng)，每隔10min取水樣，2.羅丹明B溶液的pH值對羅丹明B的降解率的影響用分析天平秤取0.0103g的羅丹明B于1000mL的容量瓶中，得到10.3mg/L的溶液，用NaOH溶液或HCl溶液調(diào)節(jié)溶液的pH值（pH分別為2，3，4，5，7，8，9），測其吸光度。分別取50ml不同pH值的羅丹明B于石英試管中并放入轉(zhuǎn)子，加入相同質(zhì)量0.010g的催化劑，混合后在25℃下放入光催化反應(yīng)儀，打開磁力攪拌器45min（100轉(zhuǎn)/min），讓羅丹明B充分吸附在催化劑上，然后開250W紫外燈，光照1.5h，取樣3.TiO2-SiO2催化劑用量對降解率的影響用分析天平秤取0.0103g的羅丹明B于1000mL的容量瓶中，調(diào)節(jié)溶液pH=6，取50ml的羅丹明B溶液于石英試管中并放入轉(zhuǎn)子，稱量0.05g，0.1g，0.2g，0.3g，0.4g催化劑加入試管，混合后在25℃下放入光催化反應(yīng)儀，打開磁力攪拌器45min4.羅丹明B的初始濃度對降解率的影響用分析天平分別稱取0.0040g，0.0060g，0.0080g，0.0100g的羅丹明B于1000mL的容量瓶中，調(diào)節(jié)溶液pH=6，取50ml的羅丹明B于石英試管中并放入轉(zhuǎn)子，混合后在25℃下放入光催化反應(yīng)儀，打開磁力攪拌器45min（100轉(zhuǎn)/min），三、響應(yīng)面實驗考察因素及水平：根據(jù)以往實驗，羅丹明B溶液的pH值、催化劑的加入量、羅丹明B初始濃度均對光催化降解羅丹明B產(chǎn)生一定的影響，因此，本試驗將羅丹明B溶液的pH值、催化劑的加入量、羅丹明B初始濃度作為可變因素進行考察。表2.3響應(yīng)面試驗設(shè)計的因素和水平列表stdRunFactor1A:催化劑用量gFactor2B:RB初始濃度mg/LFactor3C:pH110.107.06.00620.308.05.00530.108.05.001740.208.06.00950.207.05.001160.207.07.001670.208.06.00480.309.06.00290.307.06.0013100.208.06.00續(xù)表2.3stdRunFactor1A:催化劑用量gFactor2B:RB初始濃度mg/LFactor3C:pH15110.208.06.0014120.208.06.008130.308.07.003140.109.06.0012150.209.07.007160.108.07.0010170.209.05.00第三章實驗結(jié)果與討論3.1計算公式 降解率公式：公式1-（1）式中：η–羅丹明B降解率；A–為降解后的吸光度；A0–為羅丹明B降解前的吸光度。3.2羅丹明B的最大吸收波長將配制好的羅丹明B(RB)通過紫外－可見分光光度計的波譜掃描，確定了RB的最大吸收波長（如圖3所示）圖3.1羅丹明B的最大吸收波長3.3標準曲線的繪制一、標準溶液的配制用分析天平分別稱量0.0010g，0.0040g，0.0080g，0.0040g，0.0100g羅丹明B二、標準溶液的測量將配置好的五個標準系列溶液在紫外分光光度計下測量吸光度，然后根據(jù)所得到的實驗數(shù)據(jù)來繪制標準工作曲線。標準溶液濃度和相應(yīng)的吸光度值見表3.1，標準曲線見圖3.2，線性方程和相關(guān)性系數(shù)見表3.2。表3.1羅丹明B標準溶液濃度和吸光度序號濃度（mg/L）吸光度110.20622240.71730361.21680481.6231015102.00630圖3.2羅丹明B溶液的標準曲線表3.2線性方程和相關(guān)性系數(shù)元素線性方程線性相關(guān)系數(shù)苯酚y=0.21041x-0.007150.99473.4TiO2-SiO2催化劑紅外光譜圖分析圖3.3TiO2-SiO2催化劑紅外光譜圖圖3.3是制備的TiO2-SiO2催化劑紅外光譜圖，圖中400-1250cm-1為O-Ti-O骨架的特征吸收峰，3400cm-1左右的峰為TiO2在表面吸附水的O-H的伸縮振動。在1100cm-1左右為Si-O-Si鍵反對稱伸縮振動吸收峰，在800cm-1處對應(yīng)于Si-O-Si鍵對稱伸縮振動峰。由此可知，采用混合溶膠法制備了TiO2-SiO2催化劑。3.5單一數(shù)實驗結(jié)果與分析3.5.1確定吸附時間圖3.4吸附曲線圖3.4反應(yīng)的是在RB在催化劑表面上的吸附時間。t=60min后溶液濃度均不再變化，故認為無光照下TiO2催化劑對RB的吸附在60min內(nèi)就達到吸附平衡。本實驗把吸附時間定為45min，催化劑的吸附效果對降解RB過程有很大影響[22]。3.5.2pH值對降解率的影響圖3.5pH值對降解率的影響pH值是影響光催化降解羅丹明B的一個重要的條件，在圖3.5中所表示的就是，不同的pH值下，羅丹明B的降解率隨pH值的變化情況，如圖，pH值從2.0升到6.0時，降解率依次增大，在pH=6.0時達到最大值，此后隨著溶液的pH值的增大降解率開始下降，這是因為pH值較高時，TiO2的表面羥基中的H會被Na+取代，生成-ONa，致表面羥基數(shù)量減少，而一般認為表面羥基多少是決定催化反應(yīng)的主要因素之一。pH值較低時顆粒所帶正電荷增加而羅丹明B為陽離子型染料，在TiO2表面的吸附量將大為減少，不利于光催化降解反應(yīng)。因此，在羅丹明B的光催化降解反應(yīng)中pH溶液存在最佳的pH值條件3.5.3TiO2-SiO2催化劑用量對吸附率的影響圖3.6催化劑用量對降解率的影響據(jù)圖顯示，當(dāng)催化劑的用量為0.3000g時，羅丹明B降解率最高。在0.05g~0.3g之間，隨著催化劑用量的上升，降解率迅速上升，當(dāng)高于0.3g時，隨著催化劑用量的上升，羅丹明B降解率增加的不明顯，這是可能是因為3.5.4羅丹明B的初始濃度對降解率的影響圖3.7羅丹明B的初始濃度對降解率的影響圖3.7表示的是在羅丹明B初始濃度不同時對其降解率的影響。如圖中顯示，在羅丹明B初始濃度不同，RB的降解率也不同，RB的初始濃度為8mg/L時其降解率最大，當(dāng)RB濃度比較低時，降解效率很低，這是因為反應(yīng)速率與反應(yīng)濃度呈正比，濃度越低，反應(yīng)速率越低，相同時間內(nèi)的降解率越低，當(dāng)RB的初始濃度繼續(xù)增大時，相同催化劑用量，同時溶液顏色加深，吸收光子能力下降，所以降解率下降。3.6響應(yīng)面實驗結(jié)果與分析表3.3響應(yīng)面試驗結(jié)果與分析stdRunFactor1A:催化劑用量gFactor2B:RB初始濃度mg/LFactor3C:pHRespond1%110.107.06.0079.00620.308.05.0079.42530.108.05.0080.691740.208.06.0081.98950.207.05.0080.06851160.207.07.0072.311670.208.06.0085.96480.309.06.0076.54290.307.06.0077.8913100.208.06.0081.3315110.208.06.0081.5514120.208.06.0080.828130.308.07.0080.643140.109.06.0069.7512150.209.07.0073.177160.108.07.0069.410170.209.05.0078.47表3.3反映的是，通過三因素（pH、TiO2-SiO2催化劑用量、RB的初始濃度）設(shè)計的十七組響應(yīng)面試驗，在不同的條件下，分別來進行光催化降解羅丹明B過程，然后用紫外分光光度計來測量降解后溶液的吸光度，根據(jù)降解率公式算出降解率。最后根據(jù)響應(yīng)面試驗所得到的結(jié)果來做極差分析，確定最佳的條件。極差分析見下表3.4：響應(yīng)面實驗極差分析表3.4響應(yīng)面試驗的極差分析SourceSumof、quaresDfMeanSquareFValuep-valueProb>Fmodel297.64837.218.680.0031SignificantA30.62130.627.150.0282B16.07116.073.750.0888C66.87166.8715.610.0042A226.3216.140.0382B268.48115.990.0040C222.0915.160.0528AB15.6013.640.0928AC39.1319.130.0165Residual34.2784.28Lackoffit17.0844.270.990.5023NotsignificantPureerror17.1944.30CORtotal3331.9116極差分析結(jié)果解釋如下：根據(jù)表3.4中的方差分析結(jié)果，可見A，C，B2，AC，這四項是顯著項；Lackoffit的值為0.99，表明使用該方程進行的擬合效果很好。擬合方程：R1=82.33+1.96*A-1.42*B-2.89*C-2.50*A2-4.03*B2-2.29C2+1.97*A*B+3.13*A*C所選的三個因素影響大小的順序依次為pH，催化劑用量，羅丹明B的初始濃度，其中pH響應(yīng)面分析結(jié)果：表3.5響應(yīng)面優(yōu)化ConstrainsLowerUpperLowerUpperNameGoalLimitLimitWeightWeightImportanceAisinrange0.10.3113Bisinrange7.09.0113Cisinrange57113R1maximize69.485.96113SolutionsNumber催化劑用量RB初始濃度pH值R1Desirability10.187.85.2683.39270.845Selected依據(jù)該模型，做出響應(yīng)曲面圖及等高線圖（如圖3.8～3.11），響應(yīng)曲面圖及等高線圖可以反映出各因素及因素間交互作用對響應(yīng)的影響。等高線的形狀反映了因素間交互作用對響應(yīng)影響的大小程度。響應(yīng)等高線越圓，則交互作用越弱，響應(yīng)曲面彎曲弧度越大，則曲面上的等高線相應(yīng)也會偏離圓，則交互作用越強。圖3.8RB初始濃度和催化劑用量交互影響的等高線 圖3.9RB初始濃度和催化劑用量交互影響的響應(yīng)面 圖3.10催化劑用量和pH交互影響的等高線圖3.11催化劑用量和pH交互影響的響應(yīng)面在接下來的實際操作中，將去除降解羅丹明B實驗的工藝條件適當(dāng)調(diào)整為羅丹明B初始濃度為8.0mg/L，催化劑用量0.18g，pH值5.5以驗證，測得在此實驗條件下羅丹明B的平均降解率為85.254%，實驗見表3.6。相對誤差為0.892%，因此回歸方程預(yù)測值與響應(yīng)面的實驗值吻合良好。表3.6驗證試驗驗證次數(shù)降解率%185.78285.56385.77485.34586.03685.29785.81885.453.7降解的最佳條件通過一系列的試驗，確定光催化降解羅丹明B的最佳工藝條件：催化劑的用量為0.18g，pH為5.5，羅丹明B的初始濃度為8.03.8結(jié)論本文通過羅丹明B的光催化降解來研究有機廢水光催化降解的研究，并通過響應(yīng)面試驗得到的最佳降解條件為：催化劑用量為0.18g，pH為5.5，羅丹明B的初始濃度為8.0mg/3.9未來展望本實驗的結(jié)果可以很好的用于工業(yè)處理羅丹明B有機廢水，有待進一步研究使降解率達到更高，降解率可能與羅丹明B的降解機理機理和催化劑的性能有關(guān)有關(guān)。TiO2催化劑的性能提高亦是近年來的研究重點，通過摻雜金屬離子、非金屬離子、有機染料敏化等來達到理想的效果。參考文獻[1]陳艷美,于淼.羅丹明B染色食品對人體的危害及檢測[J].科學(xué)之友,2011,9(09):153-154.[2]王傳現(xiàn),韓麗,方曉明.食品中羅丹明B的高效液相色譜熒光檢測[J].分析儀器,2002,(1):27-30.[3]程慧,李兵,占春瑞.臘腸中羅丹明B的高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜檢測方法[J].食品科學(xué),2010,31(04):223-225.[4]El-DesokyHS,GhoneimMM,El-SheikhR,etal.OxidationofLevafixCAreactiveazo-dyeinindustrialwastewateroftextiledyeingbyelectro-generatedFenton’sreagent[J].JournalofHazardousMaterials,2010,175(1/3):858-[5]施超,馮景偉,彭書傳,胡真虎.活性炭纖維對水中羅丹明B的吸附性能[J].環(huán)境化學(xué),2013,32(3):394-401.[6]MoghaddamSS,MoghaddamMRA,AramiM.Coagulation/flocculationprocessfordyeremovalusingsludgefromwatertreatmentplant:Optimizationthroughresponsesurfacemethodology[J].JournalofHazardousMaterial,2010,175(1/3):651-657.[7]SachdevaS,KumarA.PreparationofnanoporouscompositecarbonmembraneforseparationofRhodamineBdye[J].JournalofMembraneScience,2009,329(1/2):2-10.[8]LabandaJ,SabateJ,LlorensJ.Modelingofthedynamicadsorptionofananionicdyethroughion-exchangemembraneadsorber[J].JournalofMembraneScience,2009,340(1/2):234-240.[9]LiZJ,ZhangXW,LinJ,etal.Azodyetreatmentwithsimultaneouselectricityproductioninanaerobic-aerobi