光催化降解二苯胺的研究

2006年第10期广东化工

第33卷总第162期 · 15 ·

光催化降解二苯胺的研究

刘海鸥，肖举强，王建军

（兰州交通大学环境与市政工程学院，甘肃兰州 730070）

[摘要]实验研究了α-Fe2O3光催化降解二苯胺，探讨了催化剂浓度、溶液的初始浓度、pH值因素对降解效率的影响。研究表明，在二苯胺初始浓度为30 mg/L，半导体浓度为0.2 g/L，pH = 8.5的条件下二苯胺的降解效率可达94%。

[关键词]二苯胺；光催化；α-Fe2O3

Study on Photo Catalytic Degradation of DPA

Liu Haiou, Xiao Juqiang, Wang Jianjun

(School of Environmental Science and Municipal Engineering, Lanzhou Jiaotong University, Lanzhou 730070, China)

Abstract: Degradation of DPA was investigated when α-Fe2O3 was used as the photocatalyst. The effect of photocatalyst concentration, initial concentration, pH value, on the rate of DPA photocatalytic degradation was studied. The results showed that photocatalytic degradation rate can reached 94% under the best condition that initial concentration of DPA was 30 mg/L, photo catalyst concentration was 0.2 g/L, pH=8.5.

Keywords: DPA；photo catalytic；α-Fe2O3

二苯胺（Diphenylamin；N-phenylaniline，DPA）是一种重要的精细化工中间体，广泛用于橡胶助剂、染料、纺织、印刷及制药工业等，主要用于生产4010NA、4020、4010及688等橡胶防老剂。据不完全统计，在轮胎生产中，目前4010NA 和4020橡胶防老剂占防老剂使用总量的70%以上。DPA是一种具有环境毒性的难降解有机物，由于其芳环结构而具有很强的毒性和抗降解能力。DPA的毒性很大，能损害神经系统、心血管系统及血液系统，可通过吸入、食入、经皮肤吸收，长期接触后皮肤粘膜出现刺激现象，也可引起膀胱癌，出现尿频或血尿等症状。本实验选取二苯胺溶液作为处理对象，考察α-Fe2O3光催化氧化对其处理能力。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

试剂：Fe(NO3)3(分析纯)，聚乙烯醇(分析纯)，二苯胺（DPA）(分析纯)，98%浓硫酸(分析纯)，NaOH(分析纯)，无水碳酸钠(分析纯)。

实验仪器：照明金属卤化物灯(250 W)，电子天平model-100A，紫外分光光度计（英国Unicam公司制造），HJ-3型恒温磁力搅拌器，800型电动离心沉淀器，ACO-318 Air Compressor，马福炉，恒温水浴锅，烘箱。

1.2 实验内容及方法

本实验采用新型燃烧合成法制备催化剂α-Fe2O3[1]。光催化反应器是由250 W金卤灯、冷却阱和曝气泵等组成。250 W的金卤灯（主波长为λ= 540 nm）用于模拟直接太阳光照射，将二苯胺溶液置于冷却阱中，并放入半导体，通过曝气方式使半导体悬浮于溶液中，光照发生光催化反应对二苯胺溶液进行降解，利用直接紫外光度法测定废水中的二苯胺[2]。实验装置如图1所示。

通过试验分析反应时间、半导体浓度、pH、二苯胺初始浓度对降解效率的影响，从而确定出了最佳光催化降解二苯胺反应条件。

[收稿日期]2006-06-24

[作者简介]刘海鸥（1982-），男，辽宁人，在读硕士研究生，主要研究方向为环境工程。

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2 2.1

在0.1～0.2 g/L 时，光催化降解率随催化剂浓度的增加而升高；在0.2 g/L 时，DPA 的降解率达到了64.8%。随着催化剂浓度的增加光催化降解速率增加不明显，这是因为悬浮于溶液中的催化剂，增大了溶液的浊度和对光的散射，减弱了光的穿透力，降低了催化剂对光能的吸收利用率造成的。

2.2 二苯胺溶液初始浓度的影响

α-Fe 2O 3的浓度为0.2 g/L ，初始pH = 8，反应在室温下进行，改变DDA 溶液初始浓度，结果如图3所示。

图3 DPA 初始浓度对降解效率的影响

的在DPA 时，

0=20

表1 20 min 后不同DPA 初始浓度下反应速率变化

序号DPA 的初始浓度/(mg·L -1)

DPA 的去除率/ % 速率常数 k/(h -1) 相关系数R 2 1 2 35.0 0.060 8 0.870 3 2 5 42.2 0.169 5 0.963 3 3 10 49.4 0.231 2 0.958 4 4 20 53.9 0.202 1 0.979 9 5

30

59.9

0.294 5

0.994 4

光催化反应体系在微碱性条件下，具有较高的DPA 氧化去除率。在pH=8时，DPA 的催化氧化去除率最高55.8%；在强酸性条件下，对光催化氧化具有抑制作用；在强碱性条件下也不利于反应的进行。α-Fe 2O 3在水中的等电点为pH zpc =8.5，在该pH 之下半导体表面正负电荷电量相等，有利于光生电子与孔穴的分离，有利于促进光催化氧化的进行，这与本实验所得出的结论一致。当pH

（下转第19页）

二苯胺的浓度/( m g ·L -1)

0 20 40 60 80 100

120

140

二苯胺的降解率/%

时间/min