牡蠣殼粉為載體的TiO2催化超聲降解偶氮品紅溶液的研究

由圖1可見酸性品紅溶液的紫外-可見吸收光譜的吸光度越來越弱，直至完全消失。這說明在超聲波和牡蠣殼粉負(fù)載TiO2催化劑的聯(lián)合作用下，溶液中的酸性品紅越來越少，最后被完全降解。
（二）牡蠣殼粉負(fù)載金紅石和銳鈦礦型TiO2超聲催化性能的比較
用25kHz和50W的超聲波照射初始濃度為20mg/L酸性品紅配置液，溫度25℃，pH值3.0，按0.6g/L加入牡蠣殼粉負(fù)載TiO2催化劑，每隔20min取樣測量吸光度，以此計算酸性品紅降解率。結(jié)果如圖2所示。可以看出，在同樣條件下牡蠣殼粉負(fù)載TiO2催化劑對酸性品紅的降解率遠遠高于市售金紅石型和銳鈦礦型TiO2。同時，在超聲降解酸性品紅過程中，金紅石型TiO2要優(yōu)于銳鈦礦型TiO2。這一點與TiO2光催化的結(jié)果正好相反[11]。
（三）超聲波頻率對牡蠣殼粉負(fù)載TiO2催化超聲降解偶氮品紅的影響
分別用不同頻率（20，25，30和90kHz）和50W的超聲波照射初始濃度為20mg/L偶氮品紅配置液，溫度25℃，pH值2.0，按0.6g/L加入牡蠣殼粉負(fù)載TiO2催化劑，每隔20min取樣測量吸光度，以此計算偶氮品紅降解率。結(jié)果如圖3所示，顯示在這四種頻率超聲波的照射下，偶氮品紅降解率總體趨勢都是隨著照射時間的增加而提高。但整個降解過程中，25kHz的超聲波略優(yōu)于其它三種頻率。由于TiO2催化超聲降解機理還沒有搞清楚，因此，超聲波頻率與TiO2催化劑催化性能的關(guān)系還難于解釋。
（四）催化劑的加入量對TiO2催化超聲降解偶氮品紅的影響
用25kHz和50W的超聲波照射初始濃度為20mg/L偶氮品紅配置液，溫度25℃，pH值2.0，按0.2、0.6、1.5和2.0g/L加入牡蠣殼粉負(fù)載TiO2催化劑，每隔20min取樣測量吸光度，以此計算偶氮品紅降解率。結(jié)果如圖4所示，顯示催化劑加入量的增加可以提高偶氮品紅的降解率，但在60min時1.0和1.6g/L加入量的降解率已經(jīng)相當(dāng)接近，只是緩慢地提高，由此可知催化劑的加入量在1.5-2.0g/L較為合適。
（五）牡蠣殼粉負(fù)載TiO2催化超聲降解偶氮品紅機理的探討
對TiO2催化超聲降解有機物機理的解釋目前有兩種可以接受的觀點：一種是聲致發(fā)光機理，聲致發(fā)光可由超聲波能使水中的照相底片感光這一實驗事實證明。超聲產(chǎn)生的光可以使牡蠣殼粉負(fù)載TiO2催化劑發(fā)揮光催化劑的作用；另一種是高熱激發(fā)機理，超聲波在水中產(chǎn)生的熱點高達幾千K，本身就可以使水分子產(chǎn)生氧化性極強的?OH自由基，但效率極低。牡蠣殼粉負(fù)載TiO2催化劑獲得這部分能量后導(dǎo)致氧原子逃離晶格而產(chǎn)生空穴，空穴的存在可以導(dǎo)致OH自由基生成。偶氮品紅等有機物被?OH自由基氧化直至徹底破壞變成CO2和H2O等是一個相當(dāng)復(fù)雜的過程，其中必有一系列中間產(chǎn)物生成，遺憾的是通過核磁共振譜來跟蹤觀察并沒有發(fā)現(xiàn)中間產(chǎn)物，只是發(fā)現(xiàn)溶液中的偶氮品紅在牡蠣殼粉負(fù)載TiO2催化劑和超聲波的聯(lián)合作用下分批地消失。這可能是偶氮品紅分子一旦靠近催化劑表面很快就被包圍在TiO2周圍的?OH自由基徹底破壞。