罗丹明b 罗丹明B废水光催化处理技术

工业染料废水是水污染的主要来源。三苯基甲烷染料因其色泽鲜艳、固色率高、染色牢度好而被广泛用作工业染料。然而，这类染料废水因其色度高、毒性强、难降解、易致癌而成为最迫切需要处理的废水之一。罗丹明B作为三苯甲烷的衍生物，水溶性好，易于分析，代表性强，广泛用于油漆、腈纶等织物染色，生物制品染色。直接排入水中对生物有很大毒性。近年来，太阳能光催化降解工业废水中的有机物因其具有避免二次污染和彻底降解有机物的特点而得到广泛研究。

本文采用B-Er共掺杂BiVO4光催化降解罗丹明B，探讨了溶液ph、催化剂用量和初始浓度对可见光照射下罗丹明B降解的影响。从反应动力学的角度，初步证明硼铒共掺杂的氧化铋光催化降解罗丹明B符合一级反应动力学规律。

1实验材料和方法

1.1试剂和仪器

试剂:偏钒酸铵、硝酸铋、一水柠檬酸、氨水；氢氧化钠、氧化铒、硼酸、硝酸、盐酸、罗丹明B，都是分析纯。

仪器:721可见分光光度计、1L-1013D电热恒温鼓风干燥箱、85-2磁力搅拌器、SXL-1208可编程箱式炉。

表征仪器:XRD，日本科学D/MAX-RB X射线衍射仪；紫外-可见，Hitach 1800紫外-可见吸收光谱仪，积分球，以硫酸钡为背，扫描速度200 nm/min。

1.2 b-er共掺杂BiVO4光催化剂的制备

B-Er共掺杂BiVO4的制备:方法同文献中B-BiVO4光催化剂的制备步骤。按照n : n 为1%的比例，将Ei2O3溶液加入到b-BiVO4溶液中，制备B-Er共掺杂BiVO4光催化剂。通过单因素实验研究了罗丹明B初始浓度、酸碱度、催化剂用量和光强对硼铒共掺杂四氧化二铋光催化降解罗丹明B的影响。

1.3罗丹明b的光催化降解

将一定量的B-Er共掺杂的BiVO4光催化剂加入到一定浓度的50 mL罗丹明B水溶液中，在无光条件下磁力搅拌30 min，建立吸附-解吸平衡和暗反应平衡。以250 W卤钨灯为可见光光源进行光催化降解实验，在光源下放置滤光片使λ>:400nm可见光通过，保证光催化反应在可见光下进行。实验过程中，进行磁力搅拌，每10分钟取样一次，将上清液静置一段时间，用紫外-可见分光光度计测定其吸光度。在实验中，通过改变灯之间的距离来调节光强。由于罗丹明B溶液的吸光度A与浓度C具有良好的线性相关性，罗丹明B溶液的脱色率可以根据公式计算。

其中:c0-光照前罗丹明b溶液的质量浓度，mg/l；

c-光照后罗丹明b溶液的质量浓度，mg/l；

A0-光照前罗丹明b溶液的吸光度；

光照后罗丹明b溶液的吸光度。

2结果和讨论

2.1样品表征和分析

通过观察B-Er共掺杂BiVO4样品的XRD表征结果，发现样品结晶度良好，与单斜体BiVO4标准卡一致，没有其他晶型和杂质相的特征衍射峰，可能是掺杂量太小，低于仪器的检测限；另一方面，也有可能掺杂相B、er和它们的化合物在该煅烧温度下没有很好地结晶，并且没有出现相应的特征峰。

研究了硼铒共掺杂的四氧化二铋催化剂的紫外-可见漫反射光谱，发现λ0 ≈ 540 nm由切线法利用最大吸收波长λ0确定。代入下面的公式计算光触媒的带隙。

其中:eg-材料的带隙，ev；

λ0——漫反射边缘延长线与横轴相交处的波长值。

根据计算，制备的硼铒共掺杂四氧化二铋的带隙约为2.03电子伏。与纯四氧化二铋相比，带隙减小，最大吸收波长向红色移动。硼铒共掺杂拓宽了可见光区的吸收范围。催化剂为淡黄色，与540 nm左右的吸收带一致。

2.2初始质量浓度对罗丹明b降解速率的影响

研究了不同浓度罗丹明B对罗丹明B降解速率的影响，结果如图1所示。

从图1可以看出，当罗丹明b的初始浓度为10 mg/L时，降解率达到最高，当罗丹明b的初始浓度不断增加时，降解率反而降低。这主要是因为一方面罗丹明B是有色有机物，其高浓度对光有很大的屏蔽作用，使光难以进入溶液，减少了催化剂与光的接触，降低了光的利用率；而且溶液吸收有效光子的能力增加，光催化剂有效光子能量利用率降低，反应速率常数降低。另一方面，由于罗丹明B浓度过高，色度增加，因此容易遮挡入射光的透过能力，降低催化剂的光吸收能力。因此，选择10毫克/升作为最佳浓度。

2.3初始酸碱度对罗丹明b降解速率的影响

研究了罗丹明B溶液不同初始酸碱度对罗丹明B降解速率的影响，结果如图2所示。

从图2可以看出，罗丹明b的光催化降解效率在ph 3时最高。溶液的酸碱度是影响光催化降解反应的重要因素。根据霍夫曼机制，OH-是价带空空穴捕获剂。在pH过低的溶液中，光催化剂颗粒的正电荷增加，而罗丹明B是阳离子染料，其在光催化剂表面的吸附会大大降低，不利于降解反应。当pH值过高时，溶液中存在过量的OH-使催化剂表面带负电，导致体系中出现团聚和絮凝现象。同时罗丹明B上的羟基解离，大部分以负离子的形式存在，阻碍了光催化降解反应，不利于罗丹明B的降解。

2.4催化剂用量对罗丹明b降解速率的影响

考察了不同催化剂用量对罗丹明B降解速率的影响，结果如图3所示。

从图3可以看出，当催化剂用量为0.015 g时，罗丹明b的降解率最高。在0.010~0.015 g范围内，随着催化剂用量的增加，降解率增加，但高于0.015 g时，降解率反而降低。可能是因为催化剂用量少时，随着催化剂用量的增加，光催化活性在溶液中的位置会增加，更多的光子可以被吸收，从而光催化活性和降解率会增加。但当催化剂用量过多时，由于生成OH的速率过快，e-/h+会有自己的化合物反应，氧化能力反而下降。同时，过量的催化剂会引起光散射，影响溶液的透光率，罗丹明B的降解速率反而降低。因此，最佳催化剂用量确定为0.015克

2.5光强对罗丹明b降解速率的影响

光强与光催化降解污染物的效率直接相关，单位光催化反应体积的有效光子数是影响反应速率的直接因素。通过改变灯距来改变光强，考察了光强对罗丹明B降解速率的影响。结果如图4所示。

从图4可以看出，罗丹明b的降解速率随着灯距的减小和光强的增加而增加。当灯距为14 cm时，罗丹明b的降解率最高，而罗丹明b的降解率随着光强的增加而降低。这是因为随着光强的增加，产生的光子数增加，光激发的催化剂产生的高能e-/h+增加，溶液中的强氧化性OH-也增加，因此适当增加光强可以促进废水中有机物的降解。然而，当光强过高时，由于电子-空空穴在催化剂表面的竞争复合，有机物的降解效果降低。而且当光子的利用率达到最大时，不能利用太多的光子，所以增加光强来促进光催化降解速率是不经济的。因此，最佳光学距离被确定为14厘米。

2.6光催化降解罗丹明b的紫外-可见光谱

通过以上实验确定了光催化降解的最佳条件:催化剂0.015克，罗丹明B溶液50毫升，质量浓度10毫克/升，酸碱度=3。测量了不同光照时间后溶液在400~800 nm处的紫外-可见吸收光谱。结果表明，吸收峰随时间推移而降低，说明发色团浓度降低，溶液由红色变为无色，整个吸收光谱中没有新的吸收峰，可以确认罗丹明B被降解。在50 min时，降解率达到91%，表明所制备的催化剂能很好地降解罗丹明B。

2.7罗丹明b的光催化降解动力学

罗丹明B 的光催化降解速率根据一级动力学关系计算，其速率方程如式所示。

其中:C0——罗丹明b的初始质量浓度，mg/l；

Ct——任何时候罗丹明b的质量浓度，mg/l。

研究了罗丹明B在制备的催化剂上光催化降解反应在最佳降解条件下的一级反应方程曲线，结果如图5所示。

从图5可以看出，ln-kt的拟合曲线为直线，其线性相关系数R2大于0.98，表明罗丹明b的光催化降解遵循一级反应动力学规律。

3结论

实验结果表明，罗丹明B的初始浓度和光降解体系的pH值对B-Er共掺杂BiVO4光催化剂光催化降解罗丹明B有重要影响:实验中，最佳初始浓度为10 mg/L，降解罗丹明B的最佳反应溶液pH = 3；此外，催化剂用量和光照强度对降解率也有一定影响。最佳添加量为0.015 g，最佳光照距离为14 cm。当初始质量浓度为50毫升罗丹明B溶液为10毫克/升，酸碱度为3，催化剂用量为0.015克，光照距离为14厘米，辐照时间为50分钟时，罗丹明B的降解率达到91%，反应符合一级反应动力学方程。