CdS-TiO2复合光催化剂可见光下降解黄连素

第32卷第3期2013年3月环境化学ENVIRONMENTALCHEMISTRYVol.32,No.3March20132012年5月3日收稿.∗福建省光催化重点实验室-省部共建国家重点实验室培育基地基金项目资助.∗∗通讯联系人,E-mail:aicuiling@163.comDOI:10.7524/j.issn.0254-6108.2013.03.005CdS-TiO2复合光催化剂可见光下降解黄连素∗艾翠玲∗∗郭锐敏邵享文(福州大学土木工程学院,福建省光催化重点实验室-省部共建国家重点实验室培育基地,福州,350108)摘要采用沉积法制备CdS-TiO2复合光催化剂,利用UV-VisDRS、XRD等方法对其进行表征,并在可见光下对黄连素废水进行处理,考察了催化剂投加量、黄连素初始浓度、黄连素初始pH值对黄连素去除率的影响.研究结果表明,在常温下制备的CdS-TiO2复合光催化剂,对可见光有较好的响应能力;在催化剂投加量1．5g·L-1,黄连素初始浓度80mg·L-1的条件下,催化剂对黄连素的去除效果显著,可达80%以上.pH对反应的影响不大.该催化剂循环使用3次仍具有较高的光催化活性与化学稳定性.关键词硫化镉,二氧化钛,复合催化剂,可见光,黄连素.黄连素是一种抗生素类药物,分子式为:C20H18ClNO4.黄连素的生产方法主要分为植物提取法和化学合成法.植物提取法是从黄连、黄柏的干燥根茎或者树皮中提取而得[1],但由于原材料中黄连素含量十分有限,若满足国内较大的需求量,将不得不大量砍伐原料植物,会对生态造成严重破坏.而在化学合成黄连素的生产过程中,成品母液及冲洗废水中含有高浓度的强抑菌性物质黄连素,属于高浓度有机制药废水,其酸度极高,生物毒性强,水质波动大,国内外对黄连素废水的处理研究并不多见.近年来,黄连素废水主要通过与其它废水混合的方式实现浓度稀释,然后进入生化处理环节,当废水水质水量变化较大时,容易对生化工艺造成毁灭性的危害[2].光催化氧化法作为传统化学法的强化,具有反应条件温和、操作简便、能耗低、无二次污染等优点.利用光生电子-空穴对产生一系列氧化性极强的基团,攻击废水中的有机物,促使大多数生物难降解的大分子有机物氧化成小分子物质,甚至成为二氧化碳和水,并且催化剂本身不会受到抗生素生物毒性的影响.TiO2是一种理想的光催化剂,其稳定性强、催化效率高、价格低廉且无毒害作用,但其禁带宽度较高,只能吸收光子能量较高的紫外光.以紫外光作为光催化的光源过于局限,只能利用太阳光中4%的能量,因此通过改性使其能够利用可见光成为研究热点.将禁带宽度不同的两种催化剂复合,可将TiO2催化剂吸收波长扩展到可见光区域,在充分利用绿色能源的同时,实现电子-空穴对的有效分离,提高催化活性.CdS是一种对可见光有强烈光电效应的半导体材料,其导带能量高于TiO2,并且2.42eV的窄禁带使其对可见光有很好的响应能力.CdS单独作为催化剂的性能并不理想,其电子-空穴复合能力太强,并且存在因导带光生电子浓度过高而导致的催化剂中毒现象[3].CdS与稳定性优良但可见光响应率低的TiO2复合在一起,可弥补各自的缺点[4-6].可见光中低能量的光子照射在CdS表面,使CdS价带上的电子吸收能量发生跃迁,由于CdS的导带能量较高,使得光生电子转移到TiO2的导带上,并与吸附在TiO2表面的氧气分子共同作用生成各种氧化基团;CdS价带上的光生空穴未与电子复合,成为一种氧化性极强的物质,参与到光催化反应中.关于CdS-TiO2及其负载在不同载体上作为光催化剂在有毒有机污染物降解方面,国内外学者进行了大量的研究[7-12],而目前CdS-TiO2复合光催化剂用于临床医学中常用的黄连素废水处理的报道尚不多见.本文利用偶联剂将CdS与TiO2复合在一起,在常温下,通过简单的沉积处理制备出CdS-TiO2催化剂.研究此催化剂在可见光下对黄连素的去除效果,探讨可见光催化去除黄连素废水的可行性.3期艾翠玲等:CdS-TiO2复合光催化剂可见光下降解黄连素3671实验部分1.1主要试剂与仪器试剂:P25、硝酸镉、硫化钠、溴化钾、2-巯基丙酸、无水乙醇、蒸馏水、黄连素.仪器:自制光反应器(图1),容积为150mL的烧杯状容器;X′PertProMPDX-射线粉末衍射仪(荷兰飞利浦);Cary500UV-VIS-NIR分光光度计(美国Varian);UV2000UV-VIS分光光度计(Unico上海仪器有限公司);TOC-VCPH型TOC测定仪(日本岛津).光源:采用的驱动光源为500W卤钨灯.1.2催化剂的制备1.2.1CdS-TiO2复合光催化剂的制备取一定量P25,加入到2-巯基丙酸溶液中,反应12h.将反应后的混合悬浊液50℃烘干10h,加入硝酸镉溶液,继续反应12h,