研究：用光合细菌复合材料降解印染废水

3.2.2 UV-Vis分析

分别对CA+B、CA+PC、CA+B+PC降解84 h后的产物及配制的原始染料废水进行紫外-可见全波长扫描，结果见图  6.图中原始染料的全波长扫描图中活性艳红X-3B染料的几个典型特征峰都有出现，其中，染料所具有的共轭显色体系的特征吸收峰在可见光区域内的540  nm处，染料的脱色原理就是通过氧化途径破坏其发色基团(N=N结构).在紫外区域内，苯环、萘环等难降解芳香结构的特征吸收峰分别在245、283、324  nm处(黄春梅等，2012).反应结束后，540  nm处的吸收峰消失，说明染料分子中的偶氮结构被光催化体系和微生物共同破坏了.相比反应前活性艳红X-3B的波长扫描图，各材料降解反应后产物的萘环吸收峰也消失了，该结果表明萘环结构是不稳定的，相对比较容易被氧化降解;而苯环化学结构稳定，其吸收峰一直存在，反应结束后，245  nm和283 nm处的吸收峰有一定程度的减弱.在283  nm处的苯环吸收峰中，CA+B降解反应后产物的吸收峰明显高于CA+PC和CA+B+PC反应后产物的吸收峰，其中，复合材料的吸收峰是最小的.而在245  nm处的苯环吸收峰中，同样是CA+B+PC反应后产物的峰值最小.说明染料分子降解过程中，光合细菌对苯环的降解能力相对较弱，而CA+B+PC发挥了光催化剂的作用，从而使得苯环的吸收峰大大减小。

图 6不同反应体系下的紫外-可见吸收光谱

3.2.3 FT-IR分析

在活性艳红X-3B的FT-IR光谱中(图 7)，3435 cm-1处的峰为N—H和O—H的伸缩振动吸收峰，1539、1490和1454  cm^-1处的峰为苯环、萘环或三嗪环的骨架振动吸收峰，1220、1172、1140和1051 cm-1处的峰为染料分子结构中R-SO3-的吸收峰，1629  cm-1对应的峰为N=N的吸收峰(Kaewsuk et al., 2010).由图可见，3种材料的降解产物中都含有O—H和N—H的吸收峰，1634  cm-1处的强吸收峰为C=O的伸缩振动峰.结合表  2可知，3种材料降解反应结束后，pH值都有所下降，其中pHCA+PC>pHCA+B+PC>pHCA+B，说明反应体系中都有羧酸产生.羧酸的可能来源是葡萄糖的生物降解及光催化降解活性艳红X-3B所产生.在1450~1540  cm-1处仍存在吸收峰，这可能为苯环、萘环或三嗪环的骨架振动吸收峰，表明活性艳红X-3B染料分子没有被100%的降解即完全矿化，苯类物质很难进一步被分解.由图  7还可发现，CA+B反应产物中苯环的吸收峰(1450~1540  cm-1)比CA+PC与CA+B+PC反应产物的苯环吸收峰更强烈，说明光合细菌对苯环类物质降解能力较差，这与紫外-可见全波长扫描谱图分析的结论一致.CA+B+PC的FT-IR光谱中没有1220、1172、1140和1051  cm^-1的吸收峰，说明R-SO^3-的吸收峰消失，表明—SO₃Na基团被破坏降解.

图 7活性艳红X-3B染料和不同体系反应残余物的红外谱图

3.2.4 GC-MS分析

通过GC-MS测定CA+B、CA+PC和CA+B+PC降解活性艳红X-3B染料的产物.图 8是气相色谱的出峰图，表 3是相应停留时间对应的物质.结合图  8和表  3可发现，反应体系结束后，CA+B降解染料的中间产物主要是具有苯环结构的芳香烃物质，以及少量的短链烷烃物质.而CA+PC体系中累积的中间产物主要为高分子量的长链烷烃物质，芳香烃类的有机物相对较少.此外，在CA+B+PC反应体系中，相比于CA+B，芳香烃类化合物含量减少，而对比于CA+PC，该反应溶液中的长链烷烃类物质类型和含量都有所降低.基于以上试验结果，可以推测CA+B+PC中光催化与微生物的相互作用关系如下：最初，由于反应溶液中含有大量的DO，在模拟太阳光的照射下(卤素灯，全波长)，光催化活性强，活性艳红X-3B染料的发色基团在光催化与微生物的共同作用下被破坏，使其溶液脱色，此时光催化的脱色速率远远大于微生物脱色速率.然后，光催化剂产生的自由基继续攻击染料分子中的苯环结构，开环及一系列的加成聚合等反应生成长链烷烃化合物.随着时间延长，DO量减少，光催化活性也随之降低，长链烷烃类物质就很难继续被降解.此时由于光合细菌的存在，长链烷烃化合物易被微生物降解.总的来说，光催化剂的存在可以降低芳香烃物质的累积量从而减少该化合物对微生物的影响，而体系中光合细菌又可以弥补光催化的缺点.这就是复合材料降解模拟印染废水中芳香烃与烷烃化合物浓度相对较低，COD和染料去除率高的原因.

图 8不同体系反应残余物的GC图谱