【正文】 Photocatalytic Degradation by TiO2SiO2 Abtsract The research of Rhodamine B and its development in the future have been discussed systematically in this paper, and the preparation of TiO2SiO2 catalyst and its benefit have a prehensive analysis. Photocatalytic degradation had been applicated widely in handle the anic wastewater. Combining many factors from all sides, the affect of pH, the dosage of catalyst, the initial concentration of Rhodamine B have been discussed when photocatalytic degradation of Rhodamine B. Then it determines the optimum parameters of degradation based on the response surface experiment result analysis. Finally, the result of the experiment indicates: The response surface experiment result showed that different factors have different influences on the degradation capacity, from large to small: pH, the dosage of catalyst, the initial concentration of Rhodamine B, among which pH has the most significant influence. The best conditions for degradation of Rhodamine B: pH is , the dosage of TiO2SiO2 is , the initial concentration of Rhodamine B is Key words: Rhodamine B。 TiO2SiO2 catalyst。羅丹明 B（ RB）俗稱花粉紅，是一種具有鮮桃紅色的人工合成的染料 ， 氧雜蒽染料中的重要代表物，廣泛存在 印染廢水中， 羅丹明 B 還涉及 食品安全事件， 2020 年 2 月 15 日 ， “ 重慶千驕調(diào)味品有限公司 ” 廠區(qū)內(nèi)部分殘留豆瓣醬和紅油中查出羅丹明 B， 經(jīng)老鼠試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，羅丹明 B會(huì)引致皮下組織生肉瘤，被懷疑是致癌物質(zhì)。 除了苯環(huán)類(lèi) 類(lèi)物質(zhì)，有機(jī)廢水中還有可能存在其他的有毒物質(zhì)，會(huì)在水體、土壤等 自然環(huán)境中不斷積累、儲(chǔ)存，最后進(jìn)入人體 ，從而危害人體健康。 到目前為止， 經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期努力已經(jīng)建成很多降解方法，常用的方法有物理法，化學(xué)法，生物法等，最常用是化學(xué)法， 其中， 已經(jīng)建成很多降解方法，常用的方法有物理法，化學(xué)法，生物法等，最常用是化學(xué)法， 光催化氧化法具有 （ 1）無(wú)毒（ 2）安全（ 3）穩(wěn)定性好（ 4）催化活性高（ 5）見(jiàn)效快（ 6）能耗低（ 7） 可重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)。 由于 TiO2具有優(yōu)良的光催化效應(yīng)，且對(duì)人體無(wú)毒無(wú)害，因此它 是一種優(yōu)良的 催化劑 。 濱州學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 第一章 羅丹明 B簡(jiǎn)介及有機(jī)廢水處理方法 羅丹明 B 的簡(jiǎn)單介紹 羅丹明 B（ RB）俗稱花粉紅，又名玫 瑰紅，是一種具有鮮桃紅色的人 工合成的染料 ,氧雜蒽染料中的重要代表物， 分子式為 C28H31ClN2O3，分子量為 ， 其分子結(jié)構(gòu)如圖 1， 常溫下 為 紅紫色粉末 或 綠色結(jié)晶 ，幾乎沒(méi)有 異味，易溶于水和 乙醇， 水溶液為藍(lán)紅色，稀釋后有強(qiáng)烈熒光 具有良好的穩(wěn)定性和染色能力， 主要用于紡織、制漆、 造紙、皮革等 的工業(yè)染色 ，同時(shí)它亦是一種常見(jiàn)的分析試劑，廣泛應(yīng)用于 醫(yī)藥、 礦業(yè)、 環(huán)保、鋼鐵 等領(lǐng)域，也可作實(shí)驗(yàn)室中細(xì)胞熒光染色劑 [1]。 不僅對(duì)動(dòng)物和植物造成傷害 ，同時(shí)嚴(yán)重影響人類(lèi)的身體健康， 染料 廢水中羅丹明 B 的濃度一般高于 100 mg/L。 但由于 羅丹明 B具有顏色紅艷、價(jià)格低廉、穩(wěn)定性良好，常被不法商家用作替代食品添加劑的著色劑，給人們的飲食安全帶來(lái)極大隱患。 2020 年 4 月底，重慶警方又查獲上萬(wàn)斤用羅丹明 B 染色的毒花 椒 ，這些毒花椒被制成 火鍋底料 。 1999 年， 陳建軍 等報(bào)道 人體食入、吸入以及皮膚接觸 羅丹明 B 能引起不同程度急性中毒癥狀，它主要作用在皮膚、氣管、肺、胃腸等器官 ，且 對(duì)心臟、腎、脾、肝、及血液系統(tǒng)有一定的損害作用 。 在 2020 年羅丹明 B 已 經(jīng) 被國(guó)家列入第一批《食品中可能違法添加的非食用物質(zhì)和易濫用的食品添加劑名單》， 美國(guó)、 歐盟等國(guó)家也都不允許在食品中使用 。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道可采用高效液相色譜 熒光檢測(cè)器法 [2]，高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜檢測(cè)方法 [3]。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期努力已經(jīng)建成很多處理方法，常用的方法有物理法，化學(xué)法，生物法等， 如化學(xué)氧化 法 [4]、 吸附 法 [5]、 混凝沉淀 法 [6]、 膜分離 法 [7]、離子交換法 [8]及 微生物降解法 [9]。采用溶膠 凝膠法制備了 Fe3+TiO2/SiO2 光催化劑，探討了光催化反應(yīng)中溶液 pH 值和起始濃度對(duì)催化反應(yīng)的影響。 還有在此基礎(chǔ)上發(fā)展的超聲光催化， 光電催化。 本文探討了羅丹明 B 光催化降解的研究。由于半導(dǎo)體光催化具有操作簡(jiǎn)單、能耗低、反應(yīng)條件溫和與無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn) ， 成為了近年來(lái)日益受重視的環(huán)境污染治理新技術(shù)，并廣泛研究 [15]。 TiO2光催化是以能帶理論為基礎(chǔ)，將 N 型半導(dǎo)體作為敏化劑的一種光敏氧化法。當(dāng)用能量大于等于禁帶寬度 ES 的光照射 TiO2 時(shí)，其價(jià) 帶上的電子就會(huì)激發(fā)躍遷到導(dǎo)帶上，同時(shí)在價(jià)帶上產(chǎn)生相應(yīng)的空穴。但是足夠吸附在半導(dǎo)體表面的物質(zhì)（待降解物）俘獲電子或者空穴，實(shí)現(xiàn)氧化還原降解。導(dǎo)帶的電子具有強(qiáng)還原性，能還原大多數(shù)金屬離子以及還原溶解的氧氣生成超氧自由基 ( TiO2 光催化技術(shù)的應(yīng)用 光催化是一種效應(yīng)，其實(shí)許多物質(zhì)都具有這種效應(yīng)，如氧 化鋅、氧化硅、氧化鈦等，但二氧化鈦對(duì)人體無(wú)毒無(wú)害。四是 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，將二氧化鈦涂覆在盛水的容器上， 光照后發(fā)現(xiàn)能產(chǎn)生殺菌效果，起到很好的凈化效果。 TiO2 的制備方法 物理法 : 濱州學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 5 把樣品預(yù)先處理為氣相 然后 在液氮的氣氛下 冷凝成核制得納米 TiO2 粉體，但該方法不適用于制備沸點(diǎn)較高的半導(dǎo)體氧化物。 化學(xué)法 1. 溶膠 凝膠法 溶膠 凝膠法制備 TiO2 是當(dāng)今研究最多和最具有工業(yè)化前景的方法 [17,18]。其反應(yīng)過(guò)程如下： 水解反應(yīng)： Ti(OR)4+4H2O→ Ti(OH)4+4ROH 失醇縮聚： Ti(OH)4+Ti(OR)4→ 2TiO2+4ROH 失水縮聚： Ti(OH)4+Ti(OH)4→ 2TiO2+4H2O 溶膠 凝膠法還可以 Ti 無(wú)機(jī)鹽作為前驅(qū)體，直接將其加入到去離子水中調(diào)節(jié) 批pH 值，水解后去除 Cl－ 離子即可制得溶膠。此法最突出的優(yōu)點(diǎn) 是 反應(yīng)物分子在分子水平上均勻混合 ，并且制得粒子的粒徑分布窄、工藝較簡(jiǎn)單、容易進(jìn)行摻雜來(lái)實(shí)現(xiàn)改性提高催化活性。浸漬法適用于制備稀有貴金屬 催化劑。 4. 沉淀法 將沉淀劑加入金屬鹽類(lèi)溶液，得到沉淀后再洗滌，干燥，焙燒，研磨，活化，制得催化劑 。 濱州學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn) 響應(yīng)面優(yōu)化法 ， 即響應(yīng)曲面法 (Response Surface Methodology， RSM)，同正交試驗(yàn)一樣也是一種最優(yōu)化方法，適宜于解決非線性數(shù)據(jù)處理的相關(guān)問(wèn)題 ，考慮了試驗(yàn)隨機(jī)誤差 。由于響應(yīng)面法具有實(shí)驗(yàn)次數(shù)少、精密度高、預(yù)測(cè)性能好等優(yōu)點(diǎn) ， 近年來(lái)受到應(yīng)用。王拯等 [21]通過(guò)建立響應(yīng)曲面模型得到光催化劑 TiO2/Al2O3/Fe2O3 降解染料的最佳的初始 pH 值、光強(qiáng)和光催化劑濃度。 濱州學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 7 第二章 實(shí)驗(yàn)研究的目的意義及方案設(shè)計(jì) 研究的目的意義 印染工業(yè) 生產(chǎn)中會(huì)產(chǎn)生大量的有機(jī)廢水，如不及時(shí)處理會(huì)對(duì)環(huán)境造成較大的污染，危害人們的生活。因此水中羅丹明 B 的危害引起了世界范圍的廣泛關(guān)注 。本課 題使用響應(yīng)面法尋找最優(yōu)條件。 研究的內(nèi)容 （ 1） 溶膠凝膠法制備 TiO2SiO2 催化劑 。 研究目標(biāo) 本論文主要研究目標(biāo)是找到光催化降解羅丹明 B 的最佳工藝條件，為光催化降解 用于處理有機(jī)廢水提供理論實(shí)驗(yàn)依據(jù)。 B 溶液：取 20 ml 鈦酸四丁酯溶于 20 ml 乙醇中 。 （二） TiO2SiO2 粉體的制備 把制得溶膠放入 80 ℃ 下的 恒溫 干燥箱中干燥 5 h， 研磨 得到粉末， 然后 再 放入馬弗爐 中從室溫 以 ℃ /min 的速度 加熱至 450 ℃ ，保溫 2 h，制得 TiO2SiO2 粉體催化劑 。 濱州學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 9 圖 光催化裝置外部圖 圖 光催化裝置 通過(guò) RB 在催化劑表面上的吸附行為，確定吸附在 RB 的光催化降解過(guò)程中的作用，為了避免光催化降解，吸附實(shí)驗(yàn) 在暗室內(nèi)進(jìn)行。 B 溶液 的 pH值對(duì) 羅丹明 B 的 降解 率 的影響 用分析 天平秤取 g 的 羅丹明 B 于 1000 mL 的容 量瓶中， 得到 mg/L的溶液， 用 NaOH 溶液或 HCl溶液調(diào)節(jié)溶液的 pH 值（ pH分別為 2， 3， 4， 5， 7，8， 9）， 測(cè)其 吸光度。 催化劑用量 對(duì) 降解 率 的影響 用分析 天平秤取 g的羅丹明 B 于 1000 mL 的容量瓶中 ，調(diào)節(jié)溶液 pH=6，取 50 ml 的羅丹明 B 溶液 于石英試管中 并放入轉(zhuǎn)子 ， 稱量 g， g， g， g， g 催化劑加入試管， 混合后在 25℃ 下 放入光催化反應(yīng)儀，打開(kāi)磁力攪