cu(ii)协同酒石酸光催化降解孔雀石绿的研究
摘要：通过批式实验研究了不同光源对Cu(II)协同酒石酸光催化降解孔雀石绿的影响，以及紫外光照射下溶液pH（3~6）、Cu(II)浓度（0~2.0 mmol/L）、酒石酸浓度（0~5.0 mmol/L）、孔雀石绿浓度（25~100 mg/L）、温度（15~35℃）等因素对孔雀石绿的降解作用。结果表明，紫外光照下Cu(II)能显著加快酒石酸降解孔雀石绿的速率，当温度25 ℃、pH 4、Cu(II)浓度为0.1 mmol/L、酒石酸浓度为1.0 mmol/L，孔雀石绿浓度为50 mg/L时，反应90 min后孔雀石绿降解率可达到98%以上。孔雀石绿的降解受pH、Cu(II)浓度、酒石酸浓度影响较大，受温度影响较小。在反应中具有光活性的Cu(II)-酒石酸配合物的形成起到关键作用，其在紫外光照下产生Cu(I)和强氧化性的羟基自由基(?OH)，促进孔雀石绿的降解。同时，Cu(I)转变为Cu(II)，又与酒石酸形成配合物，由此构成一个循环催化体系。
目录
关键词 1
Abstract 1
Key words 1
引言 2
1 材料与方法 3
1.1 实验仪器及试剂 3
1.1.1 化学试剂 3
1.1.2 实验仪器 3
1.2 溶液配制 3
1.3 实验内容 3
1.4 实验步骤 4
1.4.1 避光条件 4
1.4.2 光照条件 4
1.5 分析方法 4
2 结果与讨论 4
2.1 孔雀石绿的标准曲线 4
2.2 不同体系中孔雀石绿的光催化降解 5
2.3 Cu(II)协同酒石酸光催化降解孔雀石绿 6
2.3.1 pH对光催化降解孔雀石绿的影响 6
2.3.2 Cu(II)初始浓度对光催化降解孔雀石绿的影响 7
2.3.3 酒石酸浓度对光催化降解孔雀石绿的影响 8
2.3.4 孔雀石绿初始浓度对光催化降解孔雀石绿的影响 9
2.3.5 温度对光催化降解孔雀石绿的影响 10
3 结论 10
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
/> 致谢 11
参考文献 11
Cu(II)协同酒石酸光催化降解孔雀石绿的研究
引言
引言
孔雀石绿(Malachite Green, MG)，别名苯胺绿、碱性绿，属于三苯甲烷类染料，分子式为C23H25ClN2，易溶于水和乙醇，在不同pH下，溶液呈现不同的颜色，是一种人工合成的染料[1]。孔雀石绿作为一种常用染料，可用作棉花、纸、蚕丝、塑料、羊毛、皮革的染料，还可用作食品着色剂、食品添加剂、医疗消毒剂、驱虫剂等。由于孔雀石绿具有“三致”（致癌、致畸、致突变）作用[1]，在其生产、运输及使用过程中流入到环境中，会对环境造成污染；同时，人类在接触使用这些产品时，也会对人体健康造成威胁。染料废水不仅会降低水体透明度，影响水生生物的生长，还可以通过食物链富集，最终进入到人体当中，严重时会引发恶性肿瘤等疾病[1]。因此，寻求一种经济有效的印染污水处理方法成为一个亟待解决的问题。
目前，孔雀石绿的去除方法主要有吸附、萃取、混凝、膜分离、生物法、传统氧化法、高级氧化技术等。高级氧化技术(Advanced Oxidation Processes, AOPs)又称深度氧化技术，发展于20世纪80年代，是一种用于处理难降解有机污染物(POPs)的技术[2]。其显著的特点是在各种条件下产生羟基自由基(?OH)，通过羟基自由基与有机污染物发生加成、取代、断键、开环、电子转移等作用，将难降解的大分子有毒有机物氧化降解成低毒或无毒的小分子物质，甚至直接矿化成为CO2和H2O，从而达到无害化的目的。羟基自由基具有氧化性强、亲电性高、反应速度快等特点，目前已成为处理难降解有机废水的研究热点[3]。根据自由基的产生方式和反应条件的不同，高级氧化技术又细分为Fenton氧化法、光催化法、电化学氧化法、臭氧氧化法等。
光催化法是近年来发展起来的一项污染处理技术。葛伟伟[4]利用185 nm UV降解水中的孔雀石绿，其研究结果表明185 nm UV在5 min内就可把10 mg/L的孔雀石绿降解一半，40 min 溶液绿色基本消失，变为浅黄色，100 min后变为无色。同时对反应体系的TOC进行了测试，180 min内TOC的降解率为57.8%。刘瑞[5]采用复合型光催化剂H3PW12O40/TiO2进行光催化降解孔雀石绿的研究，其结果表明H3PW12O40/TiO2光催化剂磷钨酸的最佳浸渍量为0.06 g，其在紫外光照射下能高效的降解孔雀石绿，60 min后降解率达到99.85%；而在可见光作用下，4 h后降解率可达到77.54%。同时，有学者研究表示，在过渡金属离子，如Mn(II)和Fe(III)的催化作用下，能显著加快光催化有机酸降解污染物的速率，是一种有效的污水处理方法[68]。李瑛等[9]对施氏矿物和有机酸共存体系中孔雀石绿的多相光催化降解进行了研究，研究证明在避光条件下，施氏矿物对孔雀石绿存在微弱的吸附作用；紫外光照下，单独施氏矿物对孔雀石绿的降解有催化作用，而在有机酸的协同下，催化降解效率得到提高。陈雪[10]利用Cu(II)协同酒石酸/草酸光催化降解偶氮染料甲基橙的研究，结果表明Cu(II)对酒石酸和草酸光催化降解甲基橙具有协同作用，降解反应主要是基于Cu(II)和酒石酸/草酸形成配合物，在紫外光照射下产生具有化学活性的自由基，其中?OH起主导作用。由此可见，光催化体系中，孔雀石绿的降解具有一定的可行性。
本实验中选取酒石酸(tartaric acid, TA)作为有机酸，在紫外光照下研究了反应液初始pH值、Cu(II)初始浓度、酒石酸的初始浓度、孔雀石绿的初始浓度、温度等因素对Cu(II)/酒石酸体系光催化降解孔雀石绿的影响，得到最佳实验条件，为治理废水中的染料污染提供一定的参考。
1 材料与方法
1.1 实验仪器及试剂
1.1.1 化学试剂
孔雀石绿（中国上海标本模型厂）
酒石酸（上海化学试剂有限公司）
五水硫酸铜（上海兴达化工试剂厂）
无水乙酸钠（上海试四赫为化工有限公司）
乙酸（西陇化工股份有限公司）
盐酸（南京化学试剂有限公司）
氢氧化钠（西陇化工股份有限公司）
以上试剂均为分析纯。
1.1.2 实验仪器
Alpha1502 紫外可见分光光度计（上海谱元仪器有限公司）
BS124S 电子天平（赛多利斯科学仪器（北京）有限公司）
pH2100 酸度计（美国EUTECH仪器公司）
XPA系列光化学反应仪（南京胥江机电厂）
RG0515 低温恒温槽（常州荣冠实验分析仪器厂）
1.2 溶液配制
（1）0.5 g/L孔雀石绿储备液：准确秤取0.2500 g 孔雀石绿，加去离子水溶解定容至500 mL容量瓶中，摇匀备用。
（2）10 mmol/L Cu(II)溶液：准确秤取0.1248 g 五水硫酸铜，加去离子水溶解定容至50 mL容量瓶中，摇匀备用。
（3）20 mmol/L酒石酸溶液：准确秤取0.1501 g 酒石酸，加去离子水溶解定容至50 mL容量瓶中，摇匀备用。
目录
关键词 1
Abstract 1
Key words 1
引言 2
1 材料与方法 3
1.1 实验仪器及试剂 3
1.1.1 化学试剂 3
1.1.2 实验仪器 3
1.2 溶液配制 3
1.3 实验内容 3
1.4 实验步骤 4
1.4.1 避光条件 4
1.4.2 光照条件 4
1.5 分析方法 4
2 结果与讨论 4
2.1 孔雀石绿的标准曲线 4
2.2 不同体系中孔雀石绿的光催化降解 5
2.3 Cu(II)协同酒石酸光催化降解孔雀石绿 6
2.3.1 pH对光催化降解孔雀石绿的影响 6
2.3.2 Cu(II)初始浓度对光催化降解孔雀石绿的影响 7
2.3.3 酒石酸浓度对光催化降解孔雀石绿的影响 8
2.3.4 孔雀石绿初始浓度对光催化降解孔雀石绿的影响 9
2.3.5 温度对光催化降解孔雀石绿的影响 10
3 结论 10
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/> 致谢 11
参考文献 11
Cu(II)协同酒石酸光催化降解孔雀石绿的研究
引言
引言
孔雀石绿(Malachite Green, MG)，别名苯胺绿、碱性绿，属于三苯甲烷类染料，分子式为C23H25ClN2，易溶于水和乙醇，在不同pH下，溶液呈现不同的颜色，是一种人工合成的染料[1]。孔雀石绿作为一种常用染料，可用作棉花、纸、蚕丝、塑料、羊毛、皮革的染料，还可用作食品着色剂、食品添加剂、医疗消毒剂、驱虫剂等。由于孔雀石绿具有“三致”（致癌、致畸、致突变）作用[1]，在其生产、运输及使用过程中流入到环境中，会对环境造成污染；同时，人类在接触使用这些产品时，也会对人体健康造成威胁。染料废水不仅会降低水体透明度，影响水生生物的生长，还可以通过食物链富集，最终进入到人体当中，严重时会引发恶性肿瘤等疾病[1]。因此，寻求一种经济有效的印染污水处理方法成为一个亟待解决的问题。
目前，孔雀石绿的去除方法主要有吸附、萃取、混凝、膜分离、生物法、传统氧化法、高级氧化技术等。高级氧化技术(Advanced Oxidation Processes, AOPs)又称深度氧化技术，发展于20世纪80年代，是一种用于处理难降解有机污染物(POPs)的技术[2]。其显著的特点是在各种条件下产生羟基自由基(?OH)，通过羟基自由基与有机污染物发生加成、取代、断键、开环、电子转移等作用，将难降解的大分子有毒有机物氧化降解成低毒或无毒的小分子物质，甚至直接矿化成为CO2和H2O，从而达到无害化的目的。羟基自由基具有氧化性强、亲电性高、反应速度快等特点，目前已成为处理难降解有机废水的研究热点[3]。根据自由基的产生方式和反应条件的不同，高级氧化技术又细分为Fenton氧化法、光催化法、电化学氧化法、臭氧氧化法等。
光催化法是近年来发展起来的一项污染处理技术。葛伟伟[4]利用185 nm UV降解水中的孔雀石绿，其研究结果表明185 nm UV在5 min内就可把10 mg/L的孔雀石绿降解一半，40 min 溶液绿色基本消失，变为浅黄色，100 min后变为无色。同时对反应体系的TOC进行了测试，180 min内TOC的降解率为57.8%。刘瑞[5]采用复合型光催化剂H3PW12O40/TiO2进行光催化降解孔雀石绿的研究，其结果表明H3PW12O40/TiO2光催化剂磷钨酸的最佳浸渍量为0.06 g，其在紫外光照射下能高效的降解孔雀石绿，60 min后降解率达到99.85%；而在可见光作用下，4 h后降解率可达到77.54%。同时，有学者研究表示，在过渡金属离子，如Mn(II)和Fe(III)的催化作用下，能显著加快光催化有机酸降解污染物的速率，是一种有效的污水处理方法[68]。李瑛等[9]对施氏矿物和有机酸共存体系中孔雀石绿的多相光催化降解进行了研究，研究证明在避光条件下，施氏矿物对孔雀石绿存在微弱的吸附作用；紫外光照下，单独施氏矿物对孔雀石绿的降解有催化作用，而在有机酸的协同下，催化降解效率得到提高。陈雪[10]利用Cu(II)协同酒石酸/草酸光催化降解偶氮染料甲基橙的研究，结果表明Cu(II)对酒石酸和草酸光催化降解甲基橙具有协同作用，降解反应主要是基于Cu(II)和酒石酸/草酸形成配合物，在紫外光照射下产生具有化学活性的自由基，其中?OH起主导作用。由此可见，光催化体系中，孔雀石绿的降解具有一定的可行性。
本实验中选取酒石酸(tartaric acid, TA)作为有机酸，在紫外光照下研究了反应液初始pH值、Cu(II)初始浓度、酒石酸的初始浓度、孔雀石绿的初始浓度、温度等因素对Cu(II)/酒石酸体系光催化降解孔雀石绿的影响，得到最佳实验条件，为治理废水中的染料污染提供一定的参考。
1 材料与方法
1.1 实验仪器及试剂
1.1.1 化学试剂
孔雀石绿（中国上海标本模型厂）
酒石酸（上海化学试剂有限公司）
五水硫酸铜（上海兴达化工试剂厂）
无水乙酸钠（上海试四赫为化工有限公司）
乙酸（西陇化工股份有限公司）
盐酸（南京化学试剂有限公司）
氢氧化钠（西陇化工股份有限公司）
以上试剂均为分析纯。
1.1.2 实验仪器
Alpha1502 紫外可见分光光度计（上海谱元仪器有限公司）
BS124S 电子天平（赛多利斯科学仪器（北京）有限公司）
pH2100 酸度计（美国EUTECH仪器公司）
XPA系列光化学反应仪（南京胥江机电厂）
RG0515 低温恒温槽（常州荣冠实验分析仪器厂）
1.2 溶液配制
（1）0.5 g/L孔雀石绿储备液：准确秤取0.2500 g 孔雀石绿，加去离子水溶解定容至500 mL容量瓶中，摇匀备用。
（2）10 mmol/L Cu(II)溶液：准确秤取0.1248 g 五水硫酸铜，加去离子水溶解定容至50 mL容量瓶中，摇匀备用。
（3）20 mmol/L酒石酸溶液：准确秤取0.1501 g 酒石酸，加去离子水溶解定容至50 mL容量瓶中，摇匀备用。
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