第28卷 第6期
2009年 11月环 境 化 学ENV I RONME NT AL CHE M I ST RY Vol .28,No .6November 2009
2009年4月3日收稿.
3通讯联系人,E 2mail:jl5chen@nju 1edu 1cn B i 2M o O 6可见光催化去除4BS 染料实验研究
陈 亚 陈建林3
姚三丽 周 懿 许岳泰
(南京大学环境学院，污染控制与资源化研究国家重点实验室，南京,210093)摘 要 以B i (NO 3)3・5H 2O 和(NH 4)6Mo 7O 24・4H 2O 为原料，采用预超声2水热法合成可见光催化剂B i 2MoO 6，考察了在可见光催化条件下，催化剂的用量、污染物初始浓度、溶液pH 值等因素对偶氮染料直接耐酸大红4BS 去除效果的影响1结果表明,4BS 溶液初始浓度为20mg ・l -1、原始pH 值6190条件下，催化剂的最佳投加量为2g ・l -1，光照60m in 后,4BS 去除率达到9217%；在实验浓度20—100mg ・l -1的范围内，催化剂投加量为210g ・l -1，光照210m in 后染料去除量最大可达到约50mg ・l -1，溶液在弱酸或弱碱性条件下脱色较为稳定，在强酸或强碱性条件下脱色较快，效果明显；催化剂重复使用前后结构和成分稳定，但光催化活性有所下降1
关键词 B i 2MoO 6，预超声2水热合成，光催化,4BS .
染料行业是我国工业废水排污大户，由于染料分子中存在芳香族化合物，化学稳定性高，难以生物降解，传统的生化处理方法效率不高，而半导体光催化技术作为一种新型的环境污染物削减技术,
在偶氮染料废水处理上已引起广泛关注[1]1在新型的光催化剂中，含铋可见光催化剂由于具有较高的
可见光催化活性，越来越受到研究学者的关注1研究表明,B i 元素的B i6s 轨道能和O2p 轨道杂交,
使催化剂的价带电位升高，减小禁带宽度，从而提高催化剂的可见光催化活性[2,3]1
本文采用预超声2水热法合成可见光催化剂B i 2Mo O 6，目标污染物为偶氮染料直接耐酸大红4BS，分子式为C 35H 25N 7O 10S 2・2Na，相对分子质量为790169，研究了催化剂的用量、污染物初始浓度、溶液pH 值等因素对可见光催化脱色效果的影响，从而证明预超声2水热合成的催化剂B i 2MoO 6具有良好的可见光催化活性，以期为可见光催化技术在处理难降解染料废水中的推广应用提供实验依据11 实验部分
111 B i 2MoO 6催化剂的制备及表征
分别称取一定量的B i (NO 3)3・5H 2O 和(NH 4)6Mo 7O 24・4H 2O 固体，溶于去离子水中，室温
磁力搅拌30m in，将烧杯置于超声波发生器中均化后，移入聚四氟乙烯反应罐中，置于不锈钢水热反应釜中，密封后放入烘箱中水热反应，从烘箱中取出反应釜冷却至室温，过滤得到淡黄色沉淀，用蒸馏水反复洗涤,80℃恒温干燥后用玛瑙研钵研细后备用1
采用X ’TRA 型旋转阳极X 射线仪(瑞士ARL 公司)测定合成的B i 2MoO 6固体粉末的晶型和平均粒径；用XL30ESE M 扫描电镜(PH I L I PS 公司)观察其外观形貌；用UV 22401PC 型紫外2可见扫描仪(SH I M ADZ U 公司)测定其紫外2可见漫反射光谱；用M icr omeritics AS AP2020测定仪测定催化剂BET 比表面积1
112 光催化去除4BS 染料实验
在自制的夹套式光催化反应器(容积500m l 的烧杯状容器，玻璃材质带夹层，可通冷却水)中加入一定体积的20mg ・l -1
的4BS 溶液和一定量的催化剂，避光磁力搅拌30m in 后光照，通冷却水，日光色镝灯主波长为560n m ，功率400W ，光源和液面的垂直距离约为15c m 1隔一定时间取5m l 样品,
用0122μm 滤膜过滤除去里面悬浮的催化剂颗粒，以UV 2V is 分光光度计于504nm 处测定样品的吸光度值1根据浓度(C )2吸光度(A )曲线确定样品浓度，计算染料浓度去除率1
810 环 境 化 学28卷2 结果与讨论
211 催化剂的合成
参照本实验组姚三丽的专利(申请号20081002341117，专利名称《一种可见光催化剂B i 2MoO 6的
合成方法》)采用预超声2水热合成法(UHT )合成B i 2MoO 6催化剂粉末1催化剂粉末呈无规则的颗粒
状，分散比较均匀，约为80—150nm ，部分颗粒结集在一起，形成大颗粒1B i 2MoO 6催化剂平均粒径为3114nm ，吸收边带达到480n m 左右，能隙禁带宽为2177e V 1
212 催化剂投加量的影响
取染料的初始浓度为20mg ・l -1
，在溶液原始pH 6190的条件下，光照150m in 后，在光催化阶段，催化剂的投加量对4BS 染料溶液脱色效果的影响如图1所示1在不投加催化剂时，染料去除率不
明显，当仅投加015g ・l -1的B i 2MoO 6催化剂，光催化150m in 后染料去除率便达到6515%，并随催化
剂的增多逐步上升1催化剂投加量为210g ・l -1时,30m in 后染料去除率已达到8315%,60m in 后达到
9217%1在催化剂投加量大于210g ・l -1后，染料去除率上升趋势不明显1因此，催化剂最佳投加量为
2g ・l -11这可能是因屏蔽效应，即在到达最佳的投加量之后，催化剂的增加，会阻碍光在水体中的照
射[4]，反而使光降解作用减弱1在光催化剂B i 2Ti 2O 7[4],Ti O 2,[5,6]B i 4Ti 3O 12[7]和B i 12Ti O 20[8]的研究中发现了同样的现象1
作业答案网 不同催化剂投加量下,4BS 在暗吸附和光催化阶段去除比重不同，如图2所示1当催化剂投加量
婴儿大便干燥增加时，暗吸附所占的脱色比重在上升，但在投加量达到210g ・l -1后，随着投加量的增加开始下降1
这说明了催化剂的投加量对暗吸附及光催化均有较大的影响1
图1 不同催化剂投加量下4BS 的去除曲线
F i g 11 The influence of catalyst dosage on 4BS re moval 图2 不同催化剂投加量对4BS 去除率的影响F i g 12 The influence of catalyst dosage on 4BS re moval rate 213 染料溶液初始浓度的影响
改变4BS 染料的初始浓度,B i 2MoO 6催化剂的投加量为210g ・l -1
，在溶液原始pH 值条件下进行光催化脱色,4BS 去除曲线如图3所示1可以看出，催化剂投加量为210g ・l -1时，光催化210m in 后染料去除量可达到约50mg ・l -11
zip翻译图3 不同染料初始浓度下4BS 的去除曲线
F i g 13 4BS re moval under different initial concentrati ons
6期陈亚等:B i拉面
2MoO6可见光催化去除4BS染料实验研究811
214 染料溶液pH值的影响
染料4BS的初始浓度为20mg・l-1，调节溶液pH值分别为2104,4102,6190,7174,811,
10111和11101,B i2MoO6催化剂的投加量为015g・l-1，在光催化阶段染料的去除率如图4所示.溶液初始pH在4102—8110之间时,B i
2
MoO6催化剂在光催化下对4BS染料的去除率变化不大，脱色效果较为稳定，光照150m in后的去除率在5516%—6611%之间1在强酸2104或强碱性11101的条件下，色度迅速降低,4BS染料在催化剂表面的吸附增强,30m in的暗吸附后，红色基本退去，去除率
已分别达到8817%和6018%，如图5所示1光催化条件下,B i
2
MoO6催化剂对4BS染料的脱色在弱酸
或弱碱性条件下较为稳定，在强酸或强碱性条件下脱色较快，效果明显
.
图4 pH值对4BS去除率的影响
F i g14 The influence of pH value of m ixture on
4BS
removal 图5 pH值对4BS在暗吸附和光催化阶段去除效果的影响F i g15 The influence of pH value of m ixture on4BS re moval
during dark abs or p ti on and phot odegradati on
215 催化剂对染料的暗吸附
通过暗吸附实验研究了光照对染料溶液脱色的影响1取100m l的4BS溶液，在原始溶液pH值条
件下，投加B i
2
MoO6催化剂，投加量为1g・l-1，将反应器置于暗箱中避光，磁力搅拌，每隔一定时间取样，同时进行光催化对比实验，结果如图6所示1结果表明，在暗吸附实验中染料颜色并未完全
褪去，暗吸附240m in后，去除率达到8319%1合成的B i
2
MoO6催化剂对4BS染料的吸附作用较强，这主要是由于水热合成的催化剂有较大的比表面积，本实验使用的催化剂BET比表面积为1014m2・g-1. 实验中可以看到，催化剂的吸附并不能使溶液完全脱色，而在经过30m in的暗反应和210m in光照后，去除率达到9715%，这也证明了光照在染料溶液脱色过程中确实发挥了作用1
216 催化剂的重复使用
在一次光催化实验之后，通过微孔过滤回收溶液中的催化剂，不必用蒸馏水洗涤直接晾干，回收，作为下一次使用1实验条件：染料浓度20mg・l-1，原始pH值，催化剂投加量2g・l-1，光照时间前3次为4h，第4,5次为6h1光催化剂在对4BS溶液进行5次脱色反应后，光催化活性有所下降，对4BS染料的去除率降低为7416%1导致催化剂活性降低的主要原因可能是催化剂多次使用后，使得催化剂表面吸附过多的染料，从而降低了催化剂的有效面积1使用前后的XRD表征如图7所示，使
用后催化剂XRD特征峰没有改变，只是峰强要小，证明催化剂在造构上具有稳定性
.
图6 暗吸附和光催化条件下Bi
肖绪才2
Mo O6对4BS的去除效果对比F i g16 The contrast of4BS re moval induced by B i2MoO6
under dark ads or p ti on and phot odegradati
on 图7 B i
2
MoO6催化剂重复使用5次前后的XRD图谱
F i g17 XRD patterns of B i2MoO6,
without u and after u of five ti m es
环 境 化 学28卷812
重复实验研究说明了B i
MoO6催化剂的光催化活性和催化剂结构的稳定性，催化剂并没有在催化
2
氧化过程中发生光腐蚀现象，而某些掺杂性的Ti O
,WO3和ZnO会产生该类问题[9,10]1这说明
2
B i2MoO6催化剂具有实际应用的潜力，具有很好的开发价值1
3 结论
B i
MoO6催化剂对4BS有较好的脱色效果1初始浓度为20mg・l-1的4BS染料溶液，原始pH6190 2
条件下，催化剂的最佳投加量为2g・l-1，光照60m in后,4BS去除率可以达到9217%；在实验浓度
20—100mg・l-1的范围内，催化剂投加量为210g・l-1，光催化210m in后染料去除量最大可达到约50mg・l-1；染料溶液在弱酸或弱碱性条件下脱色较为稳定，在强酸或强碱性条件下脱色较快，效果明显1B i
lucky
MoO6催化剂重复使用前后结构和成分稳定，但光催化活性有所下降，使用5次后，对4BS 2
染料的去除率降低为7416%.
参 考 文 献
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孔子的成就4BS RE MO VAL IND UCED BY B i2M oO6UND ER
V I S I BL E L I GHT I RRAD I AT I O N
CHEN Ya CHEN J ian2lin YAO San2li ZHOU Yi XU Yue2tai (State Key Laborat ory of Polluti on Contr ol and Res ouce Reu,School of the Envir onment,Nanjing University,Nanjing,210093,China)
ABSTRACT
V isible2light2driven B i
MoO6phot ocatalyst was p repared by hydr other mal p r ocess with p revi ously
2
ultras onic treat m ent1The effects of phot ocatalytic activity of B i2MoO6catalyst were evaluated by the decol orati on of aqueous4BS dye at r oom te mperature under visible light irradiati on1W hen the concentrati on of the aqueous4BS dye was20mg・l-1at the initial pH6190,the best dosage of B i2MoO6catalyst was2g・l-1, and the re moval rate was9217%after60m in1The structure and compositi on of B i2MoO6catalyst was stable after u of five ti m es,but phot ocatalytic activity declined.
Keywords:B i
二年级上册生字表MoO6,hydr other mal synthesis with p revi ously ultras onic treat m ent,phot ocatalysis,4BS.
2
