本论文主要研究了有机颜料与表面活性剂双组分的光催化降解过程。选难溶有机颜料耐晒大红BBN(Lingt Fast Searlet BBN 481,简称BBN)和甲苯胺红(Toluidine Red,简称TR),表面活性剂选用阳离子型十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和阴离子型十二烷基苯磺酸钠(DBS),采用纳米TiO_2(锐钛型)为光催化剂,高压汞灯为光源(主波长365 nm)。

考察了BBN单组分的降解影响因素和双组分底物降解过程中的相互影响作用,以及双组分底物在TiO_2表面的吸附。 在500mL烧杯中,加入一定量的颜料、表面活性剂、TiO_2及pH值一定的去离子水形成悬浮体系。磁力搅拌下暗吸附1h后,开启高压汞灯照射,反应一定时间,取样,分析。

BBN单组分体系,TiO_2的适宜用量为2g/L;光强度的增加有利于BBN的降解褪色;在酸性或碱性条件下,BBN的褪色速度都较快;BBN的初始用量增大,其褪色速度减慢。

在BBN/CTAB体系中,碱性条件(pH=9.2)更适合体系的降解,加入BBN使CTAB的降解速率略有下降;CTAB不仅使颜料在水中分散、稳定,增大溶解性,而且在碱性条件下吸附在TiO_2表面,使憎水的BBN更易被吸附降解;当CTAB的浓度为1cmc时BBN和CTAB的降解速率都达到最快;在中性(pH=6.8)环境中两种底物的降解效果明显高于单组分的降解之和。BBN/DBS体系中,DBS增大了BBN的水溶性,但是不利于BBN的降解速度的提高,DBS浓度接近1cmc时,BBN降解相对较快;在BBN降解过程中DBS自身也被降解,且略有促进作用;在碱性条件下,DBS的降解速率相对较快,而在酸性环境时,颜料的降解较快,在TiO_2等电点时,降解最慢。DBS在TiO_2表面的吸附能力高于CTAB,但降解速率较慢。

双组分在TiO_2表面存在竞争吸附和竞争降解,给出了双组分与TiO_2之间的吸附模型。 TR结构非常稳定,在酸性或碱性环境都不易被光催化降解。添加H2O2有利于TR的光催化降解,当H2O2用量为5%时,TR的降解率最大,8h可达70.2%。

碱性条件更有利于TR/H2O2/TiO_2体系中TR的降解。 铁酸锌掺杂纳米TiO_2催化剂的光催化活性与掺杂量有关,适当的掺杂,可使TiO_2的光催化性能有较大程度的提高。