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1、2 0 0 6 年全国太阳能光化学与光催化学术会议专辑 海藻酸铁类非均相光催化剂的制备及其应用 董永春，董文静，韩振邦，高静 ( 天津工业大学，材料科学与化学工程学院，天津，3 0 0 1 6 0 ) 近年来，作为深度氧化技术的光F e n t o n 反应，因其反应简单和物料廉价等 优点而备受关注。然而在均相F e n t o n 反应，染料在水中的脱色降解受到很大限 制，主要表现为反应体系的p H 值都必须控制在2 5 之间，而且作为均相催化剂 的铁离子难与反应介质分离，容易流失而引起二次污染l l J 。而使用非均相催化剂 能够克服上述缺点，因此染料的非均相光催化氧化脱色技术逐渐成为研究
2、的热 点，本文使用氯化铁和海藻酸钠制备了海藻酸铁非均相光催化剂，并将其应用于 活性红M S 的脱色降解反应中，重点考察了催化剂数量和p H 值的影响。 1 催化剂的制备方法 首先利用医用注射器将一定浓度的海藻酸钠溶液滴入0 1 m o l L 的三氯化铁 溶液中，然后借助磁力搅拌器在室温下搅拌6 小时使其与铁离子充分反应，形成 微球型海藻酸铁催化剂，并使用蒸馏水对其进行反复清洗直至无游离铁离子，最 后储存于蒸馏水中备用。 2 脱色降解方法 在浓度为5 0 m g L 的1 0 0 m l 染料溶液加入0 3 m m o F L 的过氧化氢l m l 以及一 定数量的催化剂微球，调节溶液p H
3、值至规定范围，置于水冷式光化学反应器中， 然后在温度2 0 - a ：l 的条件下进行光催化氧化反应，使用分光光度计测定染料溶 液在最大吸收波长处的吸光度。并按公式：D = ( A o A ) A 0 1 0 0 计算脱色率， 其中和A 分别是反应前后染料溶液的吸光度。 3 结果与讨论 3 1 催化剂的X R D 分析 从图1 发现，曲线l 为海藻酸钠粉末的X R D 谱线，在2 0 分别为1 4 2 8 0 、2 2 2 6 0 和3 7 1 4 0 处存在三个主要的特征吸收峰，其出峰位置和峰形与文献中类似【2 】。曲 线2 为其与铁离子反应生成的海藻酸钠铁催化剂的X R D 谱线，这些衍射
4、峰都大 幅度减弱甚至消失，这是由于海藻酸钠属线性大分子，其中羧基和羟基分别与铁 离子结合形成配合物【3 】。 图1 微球型催化剂的X R D 谱图 W a v e m 耵1 b d ，c m - 1 图2 微球型催化剂的红外光谱图 2 0 0 6 年全国太阳能光化学与光催化学术会议专辑 3 2 催化剂的I R 分析 图2 显示，曲线1 为海藻酸钠的红外光谱，在3 5 2 0 c m - 1 处的吸收峰应归属 为O H 基的伸缩振动峰，与铁离子反应生成催化剂后在此处的吸收峰变宽。而在 8 9 3 c m 。1 和8 2 3 c m - 1 处的吸收峰为糖环上o H 键的弯曲振动吸收【4 1 ，而
5、反应后在 这两处的吸收变得较弱，说明羟基氧参与了与铁离子的配位。1 6 2 0 c m 。1 和 1 4 2 0 c m 以分别归属为海藻酸盐的一C O O H 基的不对称和对称伸缩振动，反应后在 这两处的吸收峰都变弱，说明羧基参与了与铁离子配位【5 】。 3 3 催化剂数量的影响 图3 催化剂的数量对脱色率的影响图4p H 对脱色率的影响 从图3 可知，随反应的进行活性红M S 的脱色率逐渐提高，添加5 0 粒催化 剂微球时的脱色率尽管低于添加1 0 0 粒催化剂微球时的脱色率，但是却远高于未 添加催化剂微球时的脱色率，这说明催化剂微球在活性红M S 的脱色降解反应中 具有非常重要的催化作用
6、，而且随着催化剂微球数量的增加，这种催化作用有所 加强。 3 4 p H 的影响 图4 显示，脱色率依p H 值的升高而逐渐呈下降趋势。在p H 不超过5 的范 围内其脱色率接近1 0 0 ，而当p H 继续升高，即使p H 为9 时脱色率保持在6 0 左右。其原因至少包括两方面，其一是p H 值的升高可能会影响染料在催化剂表 面的吸附，其二是p H 值的升高能够导致过氧化氢的过快分解，减少氢氧自由基 的生成。 4 结论 使用海藻酸钠与三氯化铁可以制备形成海藻酸铁类微球型光催化剂，并且对 活性红M S 的脱色降解反应具有光催化特性，随着催化剂微球数量的增加，这种 催化作用有所加强。更为重要的是
7、，这种光催化剂能够在碱性条件下仍然具有较 高的活性，在p H 为9 时脱色率为6 0 左右。 参考文献 【l 】J F e r n a n d e z ，M RD h a n a n j e y a n ，a n dJ K i w i ，E v i d e n c ef o rF e n t o nP h o t o a s s i s t e dP r o c e s s e sM e d i a t e db y E n c a p s u l a t e dF ei o n sa tB i o c o m p a t i b l ep HV a l u e s ，J P h y s C
8、h e m B ，2 0 0 0 ，1 0 4 ，5 2 9 8 5 3 0 1 【2 】闻燕，杜予民，海藻酸钠羧甲基共混膜，功能高分子学报，2 0 0 3 ，1 6 ( 4 ) ：2 1 2 4 【3 】 李波，王夔，光度法研究海藻酸铁( 1 1 1 ) 与抗坏血酸反应动力学，华中理工大学学报，1 9 9 4 ，2 2 ( 1 0 ) ：1 5 - 1 8 【4 】陈力勤等，a - F e 2 0 3 - T i 0 2 S A 复合半导体薄膜的制备，电化学，2 0 0 4 ，1 0 ( 4 ) ：3 4 - 3 6 【5 】程贤鞋，关怀民，海藻酸铜膜表面的配位结构及催化M M A 聚合的性能，化学学报，2 0 0 0 。5 8 ( 4 ) ：4 5 - 4 7 3 l
