實(shí)驗(yàn)-TiO2光催化降解甲基橙性能研究-liang

實(shí)驗(yàn)二TiO2光催化降解甲基橙性能研究一、目的要求掌握確定反響級(jí)數(shù)的方法；測(cè)定甲基橙光催化降解反響速率常數(shù)和半衰期；了解光催化反響儀的以及可見分光光度計(jì)的使用方法。二、根本原理1972年Fujishima和Honda發(fā)現(xiàn)光照的TiO2單晶電極能分解水，推動(dòng)了有機(jī)物和無(wú)機(jī)物光氧化復(fù)原反響的研究。1976年，Cary在近紫外光的照射下用二氧化鈦的懸濁液可使多氯聯(lián)苯脫氯，光催化反響逐漸成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)之一。光催化法能有效地將烴類、鹵代有機(jī)物、外表活性劑、染料、農(nóng)藥、酚類、芳烴類等有機(jī)污染物降解為相對(duì)環(huán)境友好的，等無(wú)機(jī)化，污染物中的原子、原子、原子和原子等那么分別轉(zhuǎn)化為，-，，，-等無(wú)機(jī)離子。光催化法具有能夠徹底消除有機(jī)污染物，無(wú)二次污染，且可在常溫常壓下進(jìn)行等優(yōu)點(diǎn)，因此在消除污染物的研究領(lǐng)域日趨活潑。光催化通常以半導(dǎo)體如，，，，，，，，，，，，，，，等作催化劑，其中具有價(jià)廉無(wú)毒、化學(xué)及物理穩(wěn)定性好、耐光腐蝕、催化活性好等優(yōu)點(diǎn)，是目前廣泛研究、效果較好的光催化劑。目前，納米的制備技術(shù)及在水和氣相有機(jī)、無(wú)機(jī)污染物的光催化去除等研究取得很大進(jìn)展，是極具前途的環(huán)境污染深度凈化技術(shù)，在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。半導(dǎo)體自身的光電特性決定其催化劑特性。半導(dǎo)體含有能帶結(jié)構(gòu)，一般是由一個(gè)充滿電子的低能價(jià)帶和一個(gè)空的高能導(dǎo)帶構(gòu)成，中間隔著禁帶。當(dāng)半導(dǎo)體價(jià)帶上的電子吸收光能被激發(fā)到導(dǎo)帶，在導(dǎo)帶上產(chǎn)生帶負(fù)電的高活性光生電子〔〕，在價(jià)帶上留下空穴產(chǎn)生帶正電的光生空穴〔〕，形成光生電子-空穴對(duì)，研究證明，當(dāng)pH=1時(shí)用能量等于或大于禁帶寬度的光〔λ<388nm的近紫外光〕照射銳鈦礦型半導(dǎo)體光催化劑時(shí)，空穴的能量為7.5eV，具有強(qiáng)氧化性；電子那么具有強(qiáng)復(fù)原性。當(dāng)光生電子和空穴到達(dá)外表時(shí)，可發(fā)生兩類反響。第一類是簡(jiǎn)單的復(fù)合，如果光生電子與空穴沒(méi)有被利用，那么會(huì)重新復(fù)合，使光能以熱能的形式散發(fā)掉第二類是電子和空穴在移動(dòng)到外表后，分別和外表物質(zhì)反響生成高活性的氧化自由基。主要的一些反響如下：此外，和之間可以相互轉(zhuǎn)化有機(jī)物即使是生物也難以降解的各種有機(jī)物，在光催化體系中利用高度活性的羥基自由基反響，被無(wú)選擇性地氧化成無(wú)機(jī)化合物。無(wú)機(jī)化合物？甲基橙染料無(wú)揮發(fā)性，是一種工業(yè)上常見的偶氮類染料。其分子式如下圖：圖1甲基橙分子結(jié)構(gòu)圖1甲基橙分子結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)證明甲基橙是較難降解的有機(jī)污染物，具有相當(dāng)高的抗直接光分解和氧化的能力；且其濃度可采用分光光度法測(cè)定，方法簡(jiǎn)便，因而常被用做光催化反響的模型反響物。門鎖開關(guān)門鎖開關(guān)反響試管開關(guān)高壓汞燈按鈕光化學(xué)反響儀器光源冷卻水循環(huán)裝置圖2實(shí)驗(yàn)裝置圖三、儀器試劑722型分光光度計(jì)1臺(tái)300W高壓汞燈1支光催化反響器1個(gè)充氣泵1個(gè)恒溫水浴1套磁力攪拌器1臺(tái)離心機(jī)1臺(tái)臺(tái)秤1臺(tái)秒表1塊10mL移液管1支20mL移液管1支500mL量筒1支吸耳球1個(gè)離心管7支甲基橙貯備液〔1000mg/L〕納米TiO2〔P25〕四、實(shí)驗(yàn)步驟1、配置20mg/L甲基橙溶液。向500ml的容量瓶中參加10mL的1000mg/L的甲基橙貯備液，用水稀釋至刻度，配成20mg/L的甲基橙溶液。2、調(diào)整分光光度計(jì)零點(diǎn)翻開722型分光光度計(jì)電源開關(guān)，預(yù)熱至穩(wěn)定。調(diào)節(jié)分光光度計(jì)的波長(zhǎng)旋鈕至462nm。翻開比色槽蓋，即在光路斷開時(shí)，調(diào)節(jié)“0〞旋鈕，使透光率值為0.取一只1cm比色皿，參加參比溶液蒸餾水，擦干外外表〔光學(xué)玻璃面應(yīng)用擦鏡紙擦拭〕，放入比色槽中，確保放蒸餾水的比色皿在光路上，將比色槽蓋合上，即光路通時(shí)，調(diào)節(jié)“100〞旋鈕使透光率值為100%。3、甲基橙光催化降解〔1〕每次取0.01g的催化劑放入光催化反響器，并參加50ml的20mg／L甲基橙水溶液，含催化劑的甲基橙水溶液首先在暗處預(yù)吸附30min，使甲基橙在催化劑的外表到達(dá)吸附/脫附平衡。〔2〕翻開光反響儀器的光源，選取300W高壓汞燈，波長(zhǎng)設(shè)置為254nm。在磁力攪拌下，每隔5min取約5ml溶液，將所得樣品在XX轉(zhuǎn)速下離心別離5min去除催化劑，取上層清液測(cè)試。共測(cè)試30min?！?〕采用721型紫外-可見分光光度計(jì)在最大吸收波長(zhǎng)462nm處測(cè)試溶液的吸光度。根據(jù)吸光度與濃度的關(guān)系計(jì)算甲基橙的降解程度：Co為甲基橙的初始濃度，C為不同時(shí)刻所取得上層清夜的濃度。〔4〕同時(shí)取一份50ml不加TiO2催化劑的20mg/L甲基橙水溶液，在相同條件下進(jìn)行空白實(shí)驗(yàn)。步驟3的操作要點(diǎn)簡(jiǎn)潔方框圖光反響儀300W，254nm催化反響光反響儀300W，254nm催化反響50ml，的甲基橙水溶液+0.01gTiO2光反響儀暗處預(yù)吸附30min每隔5min取5ml溶液每隔5min取5ml溶液離心別離取上層清液721型紫外-可見分光光度計(jì)，462nm，測(cè)吸光度五、數(shù)據(jù)處理1、將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)列表，格式如下：室溫：大氣壓：表1甲基橙光催化降解實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)/min0510152025302、采用積分法中的作圖法，作關(guān)系圖，根據(jù)動(dòng)力學(xué)相關(guān)知識(shí)，確定反響級(jí)數(shù)。3、由所得直線的斜率求出反響的速率常數(shù)。4、計(jì)算甲基橙光催化降解的半衰期。5、作圖，分析甲基橙的降解率與時(shí)間的關(guān)系。六、考前須知1.先開激光冷水機(jī)，再開光反響儀器的高壓汞燈，以免影響汞燈壽命。2.甲基橙的降解一般認(rèn)為是一級(jí)反響，對(duì)于不同的降解物，動(dòng)力學(xué)并不相同。3.離心別離時(shí)，一定要離心徹底，離心一次不夠的話，重復(fù)離心一次。保證清夜中不能有固體粉末。4.實(shí)驗(yàn)溫度、攪拌速度等條件會(huì)影響催化效果，催