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异构照片吩噻嗪染料的催化降解,Azure答:动力学方法

*通信:

大卫偶像大学化学系,SBN政府。PG, Barwani,印度,电话:072902 22035;电子邮件:david_swami@rediffmail.com

文摘

照片催化降解的吩噻嗪,Azure的研究水溶液含有二氧化钛悬浮光催化剂。参数作为染料初始浓度的影响,催化剂,溶质,pH值添加过氧化氢,K2S2O8,氯化钠,Na2CO3,温度,N2, O2清理和鳕鱼,洗的测量进行了研究。退化评价被发现被所有上述参数的强烈影响。结果表明,吸附发挥了重要作用的控制照片催化降解和最优的二氧化钛浓度300毫克/ 100毫克的决心。反应多发生在ph值9.00和它的有效发挥重要作用在纺织废水的特点和羟基自由基的生成。结果还表明,激进的形成率越大哦,照片越高催化活性。染料的降解也调查下阳光和降解的效率与人造光源的紫外可见光谱,估计鳕鱼,评价二氧化碳证实了矿化染料的催化降解二次污染照片。因此,近年来,多相光催化氧化的染料和纺织废水已经受到了相当大的关注,多相催化照片是基于照片的辐照催化剂,通常一个半导体如二氧化钛与光能源等于或大于带隙能量。这将导致一个价带电子兴奋到传导带,导致电荷分离。导带电子和价带空穴可以迁移到表面并参与界面。

关键字

Phenothiazin;Azure的;TiO₂;光催化降解;废水

介绍

纺织染料和其他工业染料构成最大的集团之一的有机化合物代表环境越来越危险,约1%的产量占世界总产量的-20%染料在染色过程中最后和释放在纺织废水1,2)治疗包含废水染料,碳吸附絮凝等传统方法,反渗透和活性污泥法的困难完全破坏染料污染物(3),潜在的氧化还原反应,进一步的缺点的氧化降解有机污染物是由于在积极作用吸附水或羟基氧化羟基自由基(aa^•哦),然后阅读与污染物分子(4]。因此,最终导致他们完全矿化。

在目前的工作照片催化降解水溶液的吩噻嗪啊,Azure调查。吩噻嗪染料代表商业的重要的类染料和染色主要用于棉花丝绸、聚酰胺和皮革。Azure的结构染料所示(图1)优化降解过程的动力学,几个参数进行了研究。

实验

Azure从奥尔德里奇公司投了弃权票。催化剂TiO照片₂从美国获得的好公司。所有的解决方案都准备在双重蒸馏水。催化实验照片和50毫升的染料溶液(3.8×10⁵摩尔dm³使用300毫克的TiO)₂照片在特别设计的双层光学催化暴露在可见光照射下泥浆类型批反应堆容器由派热克斯玻璃(身高7.5厘米,直径6厘米)包围恒温水循环装置保持温度在30°C±0.3°C。辐照是使用500 w卤素灯包围铝反射器,以避免辐射损失。

在光催化实验搅拌10分钟后泥浆组成的染料溶液和催化剂在黑暗½小时为了建立平衡吸附和解吸现象的染料分子在催化剂表面的照片。泥浆含有染料水溶液和TiO₂搅拌磁,以确保完成暂停对可见光催化剂粒子而暴露。在特定的时间间隔整除(3毫升)被撤回,2分钟去除TiO离心机₂粒子从整除评估脱色程度度量照片。吸收光谱的变化记录在480纳米双光束紫外-分光光度计(Systronic模型166号)可见辐射强度是衡量数字照度计(Lutron LX 101)。pH值的解决方案是使用数字酸度计测量。鳕鱼和有限公司₂进行了估计。性能计算效率= %效率在C和C初始和最终染料哀叹配给。

结果与讨论

一个整除从反应混合物以固定时间间隔和吸光度测量光谱图度量在max 630海里的价值。发现溶液的吸光度降低随着时间增加,这表明Azure染料的浓度随曝光时间增加而降低。

染料初始浓度变化的影响

染料初始浓度的影响,研究了不同初始浓度从1.8×10⁵摩尔dm³7.8×10⁵摩尔dm³在pH值9.0和催化剂装载300毫克/ 100毫升。速率常数增加1.8×10的染料浓度增加⁵摩尔dm³3.8×10⁵摩尔dm³。速率常数被发现最大3.8×10⁵摩尔dm³(图2)。染料浓度影响吸附的程度和在光催化剂表面的反应速率。染料初始浓度增加会提高液相反应的速率和表面反应和染料分子在催化剂表面的吸附阻碍哦‾离子的竞争吸附,因此降低了羟基自由基的形成速率,因此它影响了反应速率5]。染料浓度的增加也减少了光子的路径长度进入染料溶液,这也可能减少催化效率(表1)。

表1:染料初始浓度变化的影响:TiO₂pH = 9.0 = 300毫克/ 100毫升、光强度= 20×10³勒克斯,温度= 30±0.3°C。

的影响变化的催化剂

催化剂量有着强烈的对染料的降解动力学的影响。为了确定最优的催化剂浓度,进行了一系列的实验使用不同浓度的TiO₂催化剂不同从100毫克/ 100毫升到400毫克/ 100毫升9.0优化的pH值。已经观察到,随着催化剂浓度的增加从100毫克到300毫克/ 100毫升降解速率迅速增加。增加催化剂加载后降解率增加可能归因于这样一个事实:大量的光子被吸附,从而加速这个过程。最有效的分解Azure一直在观察催化剂300毫克/ 100毫升。TiO的进一步增加₂浓度导致减少漂白。在所有的分子浓度进一步增加了吸附TiO₂因此没有取得进一步改善添加更多的催化剂。效率的下降,这是观察到的图3,可能是因为增加容量的悬架和一个增强的光反射率,因为TiO的过剩₂粒子(表2)。此外,在高负载催化剂的情况下我们观察到TiO的聚集和沉淀₂使催化剂的一个重要部分是无法吸收染料或吸收辐射(图3),随之减少活跃站点可用催化反应(6]。

表2:影响催化剂的变化:[Azure) = 3.8×10⁵moldm³pH = 9.0,光强度= 20×10³勒克斯,温度= 30±0.3°C。

溶液pH值的影响

的浪费水从纺织工业通常有广泛的pH值。pH值中扮演一个重要的角色在纺织废水的特点和羟基自由基的生成。pH值对降解率的影响研究pH值在5.0到11.0范围。在改变pH值,表面羟基可以根据以下接受质子化作用和去质子化反应(7]。

(1)

(2)

Bahnemann等有了金属氧化物表面的酸碱性质可能对其光催化活性有很大的影响。TiO的零电荷点₂在pH值为6.8。因此,TiO₂在酸性介质表面变成带正电,而它是在碱性条件下带负电荷(8]。从Azure阳离子染料染色,因此有一个贫穷的吸附酸性介质。因此,降低pH值下降引起的降解率。高pH值有利于负TiO之间的静电相互作用₂表面和阳离子染料导致强烈的吸附,提高降解率(表3)。观察的最佳pH值为9.0。获得的结果(图4)表明,pH值9.0的强烈吸附Azure TiO的染料₂观察颗粒的带负电荷的TiO的静电吸引₂染料。观察到的抑制作用更明显的高碱性范围内。在高pH值的羟基自由基迅速回收,他们没有机会与染料反应(9]。

表3:溶液pH值的影响(Azure): = 3.8×10⁵moldm³TiO₂= 300毫克/ 100毫升,光强度= 20×10³勒克斯温度= 30±0.3ºC。

H的影响₂O₂和K₂年代₂O₈

添加其他氧化物种如H₂O₂和K₂年代₂O₈对TiO₂悬架是一个著名的过程,导致photo-oxidation率的增加。研究了光催化降解不同H₂O₂浓度。H₂O₂是著名的光催化降解过程中有两个函数。它接受一个照片生成电子从导带和形式^•哦,激进分子根据以下方程。

(3)

(4)

反应的速率被发现增加为H的浓度₂O₂增加,达到最优值的10×10⁶摩尔dm³。(图5)进一步增加H₂O₂它的浓度降低H₂O₂增加超出最优,因为多余的H₂O₂可能作为?哦清道夫和peroxo化合物形式,不利于光催化作用[10]。

(5)

(6)

(7)

过硫酸盐离子的影响对染料的光催化降解研究。K的浓度₂年代₂O₈是2×10⁶摩尔dm³14×10⁶摩尔dm3。中给出的数据图2。降解染料的比例增加,越来越多的过硫酸盐离子浓度。K₂年代₂O₈在photocatolytic证明是有益的氧化剂解毒因为它生成₄吗?^‾氧化剂的反应(12)和(13)利用半导体生成电子(e^{- - - - - -}_cb)。

(8)

(9)

强氧化剂硫酸自由基离子在以下三种可能的反应与染料分子的反应模式:通过抽象的氢原子饱和碳,通过添加不饱和或芳香碳和通过移除一个电子从羧酸盐阴离子或从特定的中性分子11]。

(10)

(11)

因此,形成氢氧自由基和硫酸自由基离子增强染料分子的降解速度快(12]。最优浓度(表4)已经发现10×10⁶moldm³。因此最佳浓度以上速率常数的值减少由于硫酸根离子的吸收TiO的表面上₂绝大部分的光催化剂(图5)。

表4:H的影响₂O₂和K₂年代₂O₈(Azure): = 3.8×10⁵摩尔dm³TiO₂= 300毫克/ 100毫升,pH = 9.0,光强度= 20×10³勒克斯温度= 30±0.3°C。

(12)

(13)

氯化钠和Na2CO3的效果

工业废水含有,除了污染物,不同盐在不同浓度。无机阴离子可能影响光催化降解的速率。阴离子的存在如氯、碳酸盐、硫酸盐和碳酸氢盐在工业废水中很常见。这些离子的吸附影响的物种,作为羟基离子拾荒者和可能吸收光线13]。氯化钠的存在降低了光催化降解率明显由于它对吸附的影响。Azure染料的降解率下降和增加2×10的氯离子⁶摩尔dm³14×10⁶摩尔dm³。Cl的抑制效应^‾离子对退化由于其作为氢氧自由基的能力(^•食腐动物哦)。

(14)

(15)

(16)

(17)

我们还研究了碳酸盐离子在光降解的影响,CO浓度的增加₃^{2 -}从2×10⁶摩尔dm³14×10⁶摩尔dm³,导致反应速率的降低(表5)。当碳酸根离子反应^•哦,激进分子(图6)他们生成碳酸盐激进阴离子弱氧化剂,几乎不与其他分子反应,因此反应速率减少由于碳酸根离子的羟基清除剂性质(14]。

表5:氯化钠和Na₂有限公司₃(Azure): = 3.8×10⁵摩尔dm³TiO₂= 300毫克/ 100毫升,pH = 9.0,光强度= 20×10³勒克斯温度= 30±0.3°C。

(18)

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温度的影响

光催化反应的优点之一是,它不受影响或略受温度变化的影响。温度的影响,研究了在30°C-55°C。所示的结果表6和图7。增加温度导致减少的速度下降。这种逐步降低反应速率值可以归因于以下原因:吸附率随温度增加而降低,因为吸附是一个热量释放的过程,提高反应温度增加电子空穴复合温度和增加氧气在水中的溶解度下降。

表6:温度的影响:[Azure] = 3.8×10⁵摩尔dm-3, pH = 9.0 TiO₂= 300毫克/ 100毫升,光强度= 20×10³勒克斯,温度= 30±0.3°C。

N的影响₂和O₂清除

氮气和氧气的作用已被广泛研究了光催化氧化系统。研究表明,纯N的冒泡₂系统中的迟钝的染料的降解,但冒泡O₂系统中增强染料的降解。Azure的降解增加从3.53×10⁴年代¹5.60×10⁴年代¹在冒泡的氧气通过染料溶液,但降低了3.53×10⁴年代¹2.45×10⁴年代¹在清除的纯N₂通过染料溶液。氧作为电子受体和强烈electrophillic,形成超氧化物自由基(O₂^‾•)在清除电子(图8)。这有助于防止电子和空穴的复合,使系统保持良好的电荷平衡所必需的光催化氧化还原过程。因此,经常氧作为电子受体在光催化氧化过程,因为它是现成的,溶在大多数情况下,无毒。导带的表面化学反应(CB)电子被N₂清除,因此超氧化物自由基负离子的形成和羟基自由基是预防。因此,光催化降解过程会显著抑制。

(20)

(21)

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鳕鱼和有限公司₂在成矿过程中测量

中给出的结果表7表明photocatalyic过程领导,除了脱色,大幅度减少化学需氧量(COD)的解决方案。随着照射时间的增加,染料分子降解组件和低分子量较低的分数,因此导致完全矿化,可以确定是鳕鱼和有限公司₂测量。鳕鱼被广泛使用作为一个有效的技术来测量有机废水的力量。测试允许的测量浪费的总量有机物的氧化所需的氧气有限公司₂和水。染料溶液的COD估计之前和之后的治疗。减少对染料溶液的COD值表示染料分子的矿化以及颜色删除(图9)。Azure的混合物的溶液(3.8×10⁵摩尔dm³对可见光)分别被暴露在TiO的存在₂的剂量300毫克/ 100毫升。整除被定期和鳕鱼用关闭回流titrimatric测量方法。随着辐照时间,增加染料化合物的分子有退化估计COD值从184 mg / L 0 mg / L。有限公司₂值从55毫克/升提高到242 mg / L照明6 h表示照片处理染料溶液的降解。降低pH值的解决方案也被观察到的矿化程度的增加(图10)。

表7:鳕鱼和有限公司₂光降解过程中测量(Azure): = 3.8×10⁵摩尔dm³,TiO₂= 300毫克/ 100毫升,pH = 9.0,光强度= 20×10³勒克斯,温度= 30±0.3°C。

UV - Vis光谱分析在矿化

的紫外可见吸收光谱研究了AA在不同时间的辐照。AA是吩噻嗪染料的发色团分子结构包含吩噻嗪组的一部分。AA解决方案的吸收光谱的变化在不同的照射在光催化降解时间了图2。在紫外和可见的区域。其λmax 480海里(图11)。吸收峰的下降实际上表明AA染料的快速漂白和退化。近乎完美消失的山峰在紫外区域表明AA染料是消除TiO的存在₂8 h后的辐照。

结论

照片辅助Azure的矿化可以有效地利用TiO进行₂与可见光。的催化剂,溶液的pH值已经发现维多参数。无机盐的存在如碳酸钠和氯化钠阻碍了照片纺织染料的催化降解。协同作用的H₂O₂和K₂年代₂O₈ols-ban调查。减少废水COD的建议染料分子完全矿化。紫外可见光谱证实了Azure的降解染料。

确认

作者承认的支持和化学系实验室设施所提供的政府。Madhav科学P.G.学院Ujjain、中央邦、印度。

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