2.3 超聲頻率對(duì)甲基橙降解率的影響
本研究按0.5g/L加入TiO2催化劑配制50mg/L,pH值為3.0的甲基橙溶液800mL,在功率為40W,頻率分別為20kHz,25kHz,33kHz和40kHz的超聲波輻射下,控制反應(yīng)溫度為20℃左右,催化超聲降解60min。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3。結(jié)果表明,隨著超聲波頻率的增加,甲基橙的降解效果變化平緩,選用25kHz的超聲輻射效果略好于其它三種,這可能是由于隨著頻率升高,聲空化過程變得難以發(fā)生。因?yàn)轭l率增高,聲波膨脹相的時(shí)間相應(yīng)變短,空化核來不及增長到可產(chǎn)生效應(yīng)的空化泡,或者即便空化泡可以形成,但由于壓縮相時(shí)間亦短,空化泡可能來不及收縮至發(fā)生崩潰。但是由于超聲催化TiO2降解有機(jī)物的機(jī)理還不清楚,因此,超聲波頻率與TiO2催化性能的關(guān)系還難于解釋。[8-9]
2.4 超聲功率對(duì)甲基橙降解率的影響
按0.5g/L加入TiO2催化劑配制50mg/LpH值為3.0的甲基橙溶液800mL,催化超聲降解60min時(shí),控制反應(yīng)溫度為20℃左右,實(shí)驗(yàn)選擇降解效果好的25kHz超聲頻率,改變超聲電功率,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4。
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隨著超聲電功率的增加,體系的降解率均明顯提高,從本研究所選的功率參數(shù)分析,55W時(shí)系統(tǒng)的降解效果最好,分析其原因:當(dāng)輸入到反應(yīng)溶液中的聲強(qiáng)值大于空化閾值時(shí),系統(tǒng)才可能產(chǎn)生空化效應(yīng),所以提高聲功率可增加超聲空化現(xiàn)象的發(fā)生,從而增強(qiáng)聲化學(xué)反應(yīng)效應(yīng)。然而,聲強(qiáng)并不能無限制地提高,在高聲強(qiáng)下,空化泡在聲波的膨脹相內(nèi)可能增長過大以至它在聲波的壓縮相內(nèi)來不及發(fā)生崩潰,從而使瞬態(tài)空化減弱;聲強(qiáng)增大,聲空化增強(qiáng)也使聲散射衰減增大;非線性引起的附加衰減也隨之增大,這都不利于聲能量的傳播。[9-10]
3 結(jié)束語
選擇超聲清洗槽式聲化學(xué)反應(yīng)器對(duì)800ml的甲基橙進(jìn)行降解研究,分析了超聲作用時(shí)間、TiO2的加入量、超聲波輸出頻率與功率對(duì)甲基橙降解效果的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:隨著超聲時(shí)間的延長,甲基橙的降解率持續(xù)增大,當(dāng)TiO2加入量為750mg/L,超聲頻率為25kHz,功率為55W時(shí)甲基橙降解效果最佳。實(shí)驗(yàn)還證明超聲對(duì)二氧化鈦的催化氧化能力具有良好的強(qiáng)化作用。
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