实验 TiO2光催化降解甲基橙性能研究-liang
TiO2对甲基橙的光催化降解的研究
TiO2对甲基橙的光催化降解的研究摘要：本文主要先是关于现在的对TiO2光催化降解甲基橙的研究进展和现状。
进而仔细研究TiO2光催化降解甲基橙的降解机理和其实际运用意义。
然后通过6组实验了解影响TiO2光催化降解的因素，并且通过对各种因素的实验来得到最佳的实验效果。
如TiO2的最佳投加量是0.8g/l。
PH值在3的时候甲基橙变红色，也是光催化降解效率最大的时候，但是我们综合考虑还是选择不调节PH,甲基橙溶液的PH值为5.17，其降解效果和PH=3时的降解效率相差不大。
也研究得出双氧水的最佳掺和比例是 1.5/100。
同时探讨了光照强弱对实验的影响，光强越大，其降解效率就越高。
还在上述确定的最优条件下，来外加电源电压进行光电流测试，得到的结果是光电流对该光催化反应的促进作用几乎可以忽略不计。
然后进行研究甲基橙初始浓度的影响，在一定范围内随着初始浓度增加，降解效率降低。
从而得到最优的降解配方，然后对甲基橙，罗丹明B，金橙2，亚甲基蓝这四种染料进行降解，发现这四种染料都在一定程度上降解，说明这个降解配方的通用性。
关键词：TiO2；甲基橙；降解机理；光催化降解；影响因素Study on the degradation of methyl orange by TiO2 photocatalyticAbstract:In this paper, first research on the progress and present situation of photocatalytic degradation of methyl orange by TiO2. And then carefully study the degradation mechanism of TiO2 photocatalytic degradation of methyl orange and its practical significance.Then understand the influence factors of TiO2 photocatalytic degradation through 6 groups of experiments , and to get the best result through a variety of experimental factors.Such as the optimum dosage of TiO2 is 0.8g/l.The methyl orange become red at ph=3 when the photocatalytic degradation efficiency become to the largest , but we chose not to adjust the PH, because methyl orange solution pH is 5.17,and the degradation efficiency at that PH had little difference with the degradation efficiency at PH=3.Also studied the best optimum blending ratio of hydrogen peroxide is 1.5/100.At the same time to investigate the effects of light intensity,we can see the intensity get greater, the degradation efficiency is higher.The optimal conditions were determined, and carry on the light current test under applied voltage, the result is the promote the role of the light current to photocatalytic reactionis almost negligible.Then the influence of initial concentration of methyl orange, in a certain range with the increase of the initial concentration, the degradation efficiency decreased.so we get the optimal formula for degradation of methyl orange, then have degradation of Luo Danming B, 2 golden orange, methylene blue four dye , found that four kinds of dyes were degraded to a certain extent, which prove that this optimal formula for degradation is universal.Keywords: TiO2; methyl orange; degradation mechanism; photocatalytic degradation; influence factor1 引言1.1 研究背景和意义众所周知，我们的纺织印染业很发达，也可以说是我国是纺织印染的第一大国,在全国各地都有很多纺织印染城，比如浙江绍兴柯桥有个国际轻纺城，还有温州那一块是皮革印染业很发达，毋庸置疑，纺织印染作为第二产业里对整个城市的经济发展具有很大的推动力，然而纺织印染行业同时也排放了相当多的工业废水,约占整个工业废水排放量的10％。
环境工程毕业论文--改性纳米TiO2光催化降解甲基橙的研究
摘要当今全球范围内都不同程度地出现了环境污染问题, 探索和研究经济有效的消除环境污染物的新技术和新方法具有重要的意义。
二氧化钛光催化作为一种先进的氧化技光催化剂有其自身的缺陷：量子术,在环境领域具有十分广阔的应用前景。
然而，TiO2产率低和太阳能利用率低。
研究表明，在TiO2中掺杂金属离子，不仅能影响电子--空穴对的复合率，提高表面羟基位，改善光催化效率，还可能使TiO2的吸收波长范围扩大到可见光区域，增加对太阳能的转化和利用。
但金属沉积量过大会使TiO2光催化性能下降。
此外，超声可以有效改善粒子的结构，提高其光催化性能。
本文针对不同金属（Ho、Gd、Zr、Ag）的不同含量（0.5%、1%、2%、3%、4%）进行掺杂改性超声制备，研究其对TiO的光2催化活性的改变。
首先,本文将概述TiO2的制备方法,光催化氧化的机理及应用,并且通过国内外对TiO2研究进展,阐述研究金属掺杂改性、超声浸渍制备TiO2的原因。
其次,本文将详细介绍制备纯TiO2和金属掺杂改性TiO2的超声制备溶胶－凝胶法。
再次，通过紫外光下样品的降解甲基橙实验，研究其光催化性能。
研究结果表明：溶胶－凝胶法成功制备TiO2，金属掺杂改性可以提高其光催化活性，并初步判断所选取金属元素的合适掺杂量。
关键词：TiO2,光催化活性,溶胶-凝胶，金属掺杂，超声AbstractNowadays,various degree of the problems of environmental pollution have been presenting in the global range. In order to eliminate environmental pollutants , it has significant meanings that effectively new technology methods are explored and studied Therefore, as an advanced photocatalysis technique, TiO2photocatalysis technique has an extremely wide application prospect in the domain of environment. However, TiO2has its own shortcomings : low quantum yield and low utilization of solar energy.Research shows that the TiO2-doped metal ions, can not only affect the electronic -- hole on the composite rate, improve surface hydroxyl groups and photocatalytic efficiency, but also result in the absorption wavelength range extended to the visible region and the increase of solar energy conversion and utilization. However excessive metal deposition will affect TiO2photocatalytic properties. Moreover, ultrasound can effectively improve the particle structure and enhance its photocatalytic properties. We study on TiO2,which is made by ultrasound ,photocatalytic activity changes on different metals (Ho, Gd, Zr, Ag) of different content (0.5%,1%,2%,3%.4%).First of all, this paper would summarize the making method of TiO2,the mechanism and the application of photocatalytic oxidation. Then it expounded the reason that researching metal-doped TiO2 made by ultrasound through the relative study internal and external.Secondly, this paper would particular introduce the Sol-Gel with ultrasound method to prepare pure TiO2 and metal-doped TiO2.Thirdly,this paper would study the photocatalytic activity through methyl orange degradation experiment by mercury lamp respectively.The results shows : sol-gel method is successful in the preparation of TiO2, and metal-doped can improve photocatalytic activity. At last, the appropriate metal doping can be judged and selected.Keywords :TiO2 , Photocatalytic activity, Sol-gel, Metal-doped, Ultrasound目录1.绪论 (1)1.1.纳米二氧化钛光催化概述 (1)1.1.1.纳米二氧化钛光催化机理及特性 (1)1.1.2.纳米二氧化钛光催化的应用 (3)1.2.影响纳米二氧化钛光催化活性的因素 (4)1.2.1.晶体结构的影响 (4)1.2.2.粒径的影响 (5)1.2.3.比表面积的影响 (6)1.2.4.表面羟基的影响 (6)1.2.5.载流子俘获剂的影响 (7)1.3.纳米二氧化钛的制备 (7)1.3.1.气相法制备纳米TiO2粉体 (7)1.3.2.液相法制备纳米TiO2粉体 (8)1.4.纳米T I O2的改性研究进展 (9)1.4.1.复合半导体 (9)1.4.2.贵金属沉积 (9)1.4.3.过渡金属离子掺杂 (10)1.4.4.稀土元素的掺杂 (11)1.4.5.非金属掺杂 (11)1.5.超声在制备纳米T I O2光催化剂方面的应用 (11)1.5.1.超声化学反应的基本原理——超声空化 (12)1.5.2.超声在TiO2基光催化剂制备中的应用 (12)1.6.课题研究的目的和意义 (14)2.纳米TIO2粉末的制备 (15)2.1.实验材料 (15)2.1.1.化学试剂 (15)2.1.2.实验仪器 (15)2.1.3.实验装置 (16)2.2.T I O2的制备方法 (17)2.2.1.溶胶-凝胶法制备TiO2原理 (17)2.2.2.制备步骤 (18)2.3.目标降解物的选择 (19)2.4.甲基橙的标准曲线 (21)2.5.T I O2光催化活性的评价 (21)2.6.空白实验 (22)3.金属元素掺杂纳米TIO2的实验研究 (24)3.1.纯T I O2的光催化性能研究 (24)3.1.1.制备方法 (24)3.1.2.纯TiO2的光催化性能 (24)3.2.掺杂H O的T I O2的光催化性能研究 (26)3.2.1.制备方法 (26)3.2.2.Ho-TiO2的光催化性能 (26)3.3.掺杂G D的T I O2的光催化性能研究 (27)3.3.1.制备方法 (27)3.3.2.Gd-TiO2的光催化性能 (27)3.4.掺杂Z R的T I O2的光催化性能研究 (29)3.4.1.制备方法 (29)3.4.2.Zr-TiO2的光催化性能 (29)3.5.掺杂A G的T I O2的光催化性能研究 (30)3.5.1.制备方法 (30)3.5.2.Ag-TiO2的光催化性能 (30)3.6.H O、G D、Z R和A G四种金属掺杂T I O2光催化活性比较 (33)结论 (35)参考文献 (36)致谢 (40)1.绪论1.1. 纳米二氧化钛光催化概述1.1.1.纳米二氧化钛光催化机理及特性半导体粒子具有能带结构，一般由填满电子的低能价带（valence band,VB）和空的高能导带(conduction band,CB)构成，价带和导带之间存在禁带。
光催化降解甲基橙实验
光催化降解甲基橙实验一、实验目的1、了解TiO2光催化的基本原理；2、了解TiO2光催化降解甲基橙的影响因素如pH、甲基橙初始浓度等对甲基橙脱色率的影响；3、学会利用分光光度法测定甲基橙的浓度。
二、实验原理（一）甲基橙性质甲基橙（Methyl Orange：MO）别名金莲橙D,又名对二甲基氨基偶氮苯横酸钠。
甲基橙为红色鳞状晶体或粉末,微溶于水，不溶于乙醇。
甲基橙的变色范围:pH < 3.1时变红，pH > 4.4时变黄，3。
1～4。
4时呈橙色。
甲基橙属于阳离子型染料，是常用的纺织染料的一种，主要用于对腈绝纤维的染色。
由于甲基橙分子结构中含有偶氮基（-N=N—），不易被传统的氧化法彻底降解，容易造成环境污染.(二)TiO2光催化原理半导体材料TiO2作为光催化剂具有化学稳定性高、耐酸碱性好、对生物无毒、不产生二次污染、廉价等优点，故以TiO2为催化剂的非均相纳米光催化氧化是一种具有广阔应用前景的水处理新技术，倍受人们青睐.TiO2半导体光催化反应机理图如图1-1所示。
半导体粒子具有能带结构,一般由填满电子的低能价带（VB)和空的高能导带（CB）构成，价带中最高能级与导带中的最低能级之间的能量差叫禁带宽度（简写为Eg）.半导体的光吸收闽值与带隙能Eg有关，其关系式为：λg=1240/Eg（eV)。
锐钛矿型的TiO2带隙能为3。
2 eV，光催化所需入射光最大波长为387.5 nm。
当波长小于或等于387.5 nm 的光照射时，TiO2价带上的电子（e—）被激发跃迁至导带，在价带上留下相应的空穴（h+），且在电场的作用下分离并迁移到表面:TiO 2 + hν → h + + e —(1-1）光生空穴（h +）是一种强氧化剂（E VB =3.1V ）,可将吸附在TiO 2颗粒表面的OH — 和H 2O 分子氧化成·OH 自由基，·OH 能够氧化相邻的有机物，亦可扩散到液相中氧化有机物:H 2O + h + → ·OH + H + (1—2） OH - + h + → ·OH（1-3）导带电子（e —）是一种强还原剂（E CB = -0.12V ），它能与表面吸附的氧分子发生反应，产生·O 2-超氧离子自由基以及·OOH 自由基。
纳米二氧化钛对甲基橙的光催化降解实验题
纳米二氧化钛对甲基橙的光催化降解实验题光催化降解是一种利用光和催化剂对有机污染物进行降解的环保技术，因其具有高效、环保等特点，近年来备受关注。
本文将探讨纳米二氧化钛对甲基橙的光催化降解实验题。
一、实验原理纳米二氧化钛在紫外光照射下，能吸收能量而产生电子空穴对，达到催化分解污染物的目的。
二氧化钛的微观形态、大小和晶化度等因素，其催化性能会发生变化。
因此，在光催化反应中应选择适宜的纳米二氧化钛粉末来进行。
甲基橙是一种有机污染物，其主要成分是碳氢氧化合物，其降解的方法与其他有机污染物比较相似，但其色度和反应速度较明显，因此它成为了光催化降解实验的一个典型例子。
二、实验步骤1. 准备工作（1）准备0.01mol/L的甲基橙溶液，将其经过紫外线灯管照射30分钟，去除水中残留的空气，转到一个不透光的玻璃烧瓶中，备用。
（2）按比例取纳米二氧化钛粉末，并在常温下浸泡在浓氢氧化钠中，加入适量蒸馏水至0.1g/mL左右。
2. 光催化降解实验（1）取一定量的甲基橙溶液，分别加入不同比例的纳米二氧化钛粉末，进行搅拌和均匀分散。
（2）将样品分别放置于紫外线灯管下照射，记录反应时间的变化和溶液颜色的变化，并对溶液样品进行分析。
三、实验结果通过对不同浓度的甲基橙溶液添加不同的纳米二氧化钛粉末，发现在光照射下，其反应时间有明显的线性相关性。
在随着纳米二氧化钛的加入量增加，反应时间也随之减少，甲基橙的降解速度加快。
当纳米二氧化钛的加入量达到一定比例后，反应时间降至最低，甲基橙的降解速度最快。
此外，观察了在光照射下甲基橙溶液的颜色变化。
在最佳实验条件下，甲基橙的颜色逐渐变浅，最终逐渐消失。
四、实验分析通过对实验结果进行分析，发现甲基橙污染物对于纳米二氧化钛的光催化降解具有明显的响应，且呈现明显的线性关系。
因此，可以证明纳米二氧化钛对于甲基橙的降解具有一定的效果。
此外，实验结果表明，纳米二氧化钛粒子的加入会明显加速甲基橙的降解速率，最终达到一定的降解效果。
二氧化钛光催化剂降解甲基橙影响因素研究实验方案
二氧化钛光催化剂降解甲基橙影响因素研究实验方案一实验目的不同因素对二氧化钛光催化剂降解甲基橙的影响二实验原理光催化的原理是利用光来激发二氧化钛等化合物半导体，利用它们产生的、电子和空穴来参加氧化—还原反应。
当能量大于或等于能隙的光照射到半导体纳米粒子上时，其价带中的电子将被激发跃迁到导带，在价带上留下相对稳定的空穴，从而形成电子—空穴对。
由于纳米材料中存在大量的缺陷和悬键，这些缺陷和悬键能俘获电子或空穴并阻止电子和空穴的重新复合。
这些被俘获的电子和空穴分别扩散到微粒的表面，从而产生了强烈的氧化还原势.光催化剂对于化学反应的催化降解机理是，当催化剂受到可见光照射并吸收光能后，会发生电子跃迁成电子－空穴对．然后使吸附于催化剂表面的有机污染物发生氧化还原反应进行降解，或者氧化其表面吸附的氢氧根( OH－ ) ，使之生成氧化性更强的羟基自由基( ·OH) ．通过这些过程最终将体系中的污染物氧化成水、二氧化碳和无机盐等物质． TiO2 作为一种性能优异的半导体光催化剂，已经被很多的科研工作者进行过研究。
三实验仪器和试剂甲基橙二氧化钛盐酸氢氧化钠氯化钾pt 72型分光光度计磁力搅拌器四二氧化钛的制备制备二氧化钛的方法有很多本实验采用溶胶-凝胶法将钛酸丁脂与无水乙醇按一定比例混合搅拌，通过超声波震荡形成溶胶，再将其凝胶固化，最终通过热处理焙烧制得TiO2 薄膜材料。
Ti(OR)n+H2O → Ti(OH)n+ROH （1）-Ti–OH+HO-Ti- → -Ti–O-Ti+H2O （2）-Ti-OR+HO-Ti- → -Ti-O–Ti+ROH （3）式中的R 为有机基团。
最后获得的氧化物的结构和形态依赖于水解和缩聚反应的相对反应程度，当金属- 氧桥- 聚合物达到一定宏观尺寸时，形成网状结构从而溶胶形成凝胶。
经加热烘干，得到黄色的晶体，再将其研磨成粉末，最后再经过热处理得到二氧化钛。
五实验方法光催化反应具体过程称取0 .500 g TiO2 ,量取250ml浓度为20mg/l甲基橙溶液置于反应器中经磁力搅拌15 min后, 引入光源, 反应过程中,控制溶液温度,每隔一定的时间取样, 离心分离, 取上层清液,利用紫外分光光度仪测定甲基橙的吸光度并求出其浓度 .（先用紫外可见分光光度计做甲基橙标准溶液的标准曲线,然后测试催化后的溶液吸光度,在曲线上找到对应的浓度)六对比条件1 不同的PH的影响2 不同温度的影响3 二氧化钛的浓度的影响4 Zn等金属的影响5 光照强度的影响6 氯离子是否有影响。
纳米TiO2复合光催化剂光催化降解甲基橙
1 引言环境污染是全世界都在关注的焦点问题。
世界上每年会产生大量的有毒固体和液体废物，其中相当大的一部分渗透到土地里，染污了地下水和表面水。
科学家们已经发展出物理、化学、生物化学等方法来消除这些有害物质，但这些方法投入大、处理周期长，降解率低，特别是对非生物降解的有毒、有害物质如二恶英等无能为力。
相对廉价的TiO2光催化剂在紫外光的照射下就能去除这些污染物，且不会产生有毒的副产物，因此对它的研究一开始就受到科学家们的高度重视，一些科学家将这一研究称为“阳光工程”，“光洁净革命”[1~3]。
然而,TiO2只有在紫外光的激发下才能表现光催化活性。
紫外光发射装置构造复杂，耗电量大，运行成本高，影响了二氧化钛光催化氧化技术在实际工程中的大规模应用[4]。
太阳光是一种清洁能源。
如果多相光催化技术可以以太阳光为驱动力，无疑具有强大的工程潜力。
但太阳光中紫外光的含量只占3%~5%，因此TiO2直接利用太阳光进行光催化的效率较低。
为了改善TiO2对太阳光的利用能力,许多科学家和实验室都做了大量的研究。
新型纳米TiO2复合材料，能够提高光催化效率，并将可利用的光谱范围由紫外光增至可见光区，更有效地利用太阳光进行环境污染治理或太阳能电池等方面[5]。
1.1 纳米TiO2光催化反应的机理光催化技术采用n型半导体材料为催化剂，n型半导体具有特殊的能带结构，包括一个充满电子的低能价带、一个空的高能导带以及它们之间的禁带。
当用能量大于或等于半导体禁带宽度的光照射催化剂时，其价带上的电子(e_)被激发，跃过禁带进入导带，同时在价带上产生相应的空穴(h+)，从而形成具有高度活性的光生电子—空穴对。
光生空穴本身具有很强的氧化能力，若以氢作为标准电位，其氧化电位可以达到+3.0V，可见光生空穴的氧化能力远大于一般的氧化剂，它能够直接氧化有机物[5]。
颗粒表面或溶液中那些原本不吸收入射光的有机物，将其氧化为自由基离子。
电子受体亦可以通过俘获表面上的光生电子而被还原。
纳米TiO2的制备及其光催化降解甲基橙的实验研究
纳米TiO2的制备及其光催化降解甲基橙的实验研究
马军;刘红斌;龚承元;游秀东;苏建勇;朱孟府
【期刊名称】《医疗卫生装备》
【年(卷),期】2005(026)009
【摘要】以钛酸丁酯为原料,采用溶胶-凝胶法制备了纳米TiO2,用XRD进行了测试分析,TEM观察粒径与形貌,并用该材料进行了光催化降解甲基橙溶液的实验.结果表明,纳米TiO2粉体粒度较小,为锐钛矿型,具有较好的光催化性能.
【总页数】3页(P16-17,19)
【作者】马军;刘红斌;龚承元;游秀东;苏建勇;朱孟府
【作者单位】军事医学科学院卫生装备研究所,天津市,300161;军事医学科学院卫生装备研究所,天津市,300161;军事医学科学院卫生装备研究所,天津市,300161;军事医学科学院卫生装备研究所,天津市,300161;军事医学科学院卫生装备研究所,天津市,300161;军事医学科学院卫生装备研究所,天津市,300161
【正文语种】中文
【中图分类】TQ426.8
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二氧化钛光催化剂降解甲基橙影响因素研究实验方案
二氧化钛光催化剂降解甲基橙影响因素研究实验方案实验目的：研究二氧化钛光催化剂降解甲基橙的影响因素。
一、实验材料和仪器1.实验材料：a.甲基橙溶液b.二氧化钛光催化剂c.乙醇2.实验仪器：a.紫外可见分光光度计b.电子天平c.电子恒温器d.紫外灯二、实验步骤1.制备甲基橙溶液：a.使用电子天平称取一定质量的甲基橙粉末，加入一定体积的去离子水中，摇匀。
b.将混合物倒入容量瓶中，并用去离子水稀释至刻度线，摇匀，得到一定浓度的甲基橙溶液。
2.准备不同条件的实验体系：a.添加一定量的甲基橙溶液到一系列容量瓶中，使每个容量瓶中甲基橙溶液的浓度相同。
b.在每个容量瓶中添加不同质量的二氧化钛光催化剂，使得每个容量瓶中的二氧化钛质量不同。
c.添加一定量的乙醇溶液到每个容量瓶中，以充当电子传递剂。
3.实验操作：a.将每个容量瓶中的溶液放置在具有一定紫外光照射条件的紫外灯下，开始进行光催化反应。
b.反应开始后，每隔一段时间，取出一定量的反应溶液，通过紫外可见分光光度计测量其吸光度，记录数据。
4.控制实验条件：a.控制紫外光照射强度、照射时间、反应温度等实验条件。
b.对于每一组实验条件，重复多次实验，计算平均值，并进行统计分析。
5.数据处理：a.绘制甲基橙溶液吸光度随时间变化的曲线图。
b.计算甲基橙降解速率以及降解效率。
c.分析各影响因素对反应速率和效率的影响。
三、结果与讨论通过以上实验步骤，可以探究二氧化钛光催化剂降解甲基橙的影响因素。
在进行实验过程中，需要注意控制实验条件的稳定性和准确性，以保证结果的可靠性。
同时，通过数据处理和分析，可以得出不同影响因素对反应速率和效率的影响程度，有效指导二氧化钛光催化剂在废水处理中的应用。
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实验二 TiO 2光催化降解甲基橙性能研究
一、目的要求
1、掌握确定反应级数的方法；
2、测定甲基橙光催化降解反应速率常数和半衰期；
3、了解光催化反应仪的以及可见分光光度计的使用方法。
二、基本原理
1972年Fujishima 和Honda 发现光照的TiO 2单晶电极能分解水，推动了有机物和无机物光氧化还原反应的研究。
1976年，Cary 在近紫外光的照射下用二氧化钛的悬浊液可使多氯联苯脱氯，光催化反应逐渐成为人们关注的热点之一。
光催化法能有效地将烃类、卤代有机物、表面活性剂、染料、农药、酚类、芳烃类等有机污染物降解为相对环境友好的2CO ，2H O 等无机化，污染物中的X
原子、S 原子、P 原子和N 原子等则分别转化为X -，24SO - -，34PO -，4NH +，
3NO --等无机离子。
光催化法具有能够彻底消除有机污染物，无二次污染，且可在常温常压下进行等优点，因此在消除污染物的研究领域日趋活跃。
光催化通常以半导体如2TiO ，ZnO ，CdS ，23Fe O ，3WO ，2SnO ，ZnS ，
3SrTiO ， CdSe ，CdTe ，23In O ，2FeS ，GaAs ，GaP ，SiC ，2MoS 等作催化剂，其中2TiO 具有价廉无毒、化学及物理稳定性好、耐光腐蚀、催化活性好等优点，是目前广泛研究、效果较好的光催化剂。
目前，纳米2TiO 的制备技术及在水和气相有机、无机污染物的光催化去除等研究取得很大进展，是极具前途的环境污染深度净化技术，在环境保护领域受到广泛关注。
半导体自身的光电特性决定其催化剂特性。
半导体含有能带结构，一般是由一个充满电子的低能价带和一个空的高能导带构成，中间隔着禁带。
当半导体价带上的电子吸收光能被激发到导带，在导带上产生带负电的高活性光生电子（e -），在价带上留下空穴产生带正电的光生空穴（h +），形成光生电子-空穴对，研究证明，当pH=1时用能量等于或大于禁带宽度的光（λ<388nm 的近紫外光）
照射锐钛矿型2TiO 半导体光催化剂时，空穴的能量为7.5eV ，具有强氧化性；电子则具有强还原性。
当光生电子和空穴到达表面时，可发生两类反应。
第一类是简单的复合，如果光生电子与空穴没有被利用，则会重新复合，使光能以热能的形式散发掉
N energy or heat e h hv -++→+（）
第二类是电子和空穴在移动到表面后，分别和表面物质反应生成高活性的氧化自由基。
主要的一些反应如下：
2TiO e h -+→+
OH OH h -++→
2H O OH+H h +++→
22O H O +H OOH e -++++→→
2222HOO O H O →+
-2222H O +O OH OH O →++
2
22
O 2H H O -+
+→
此外OH ，OOH 和22H O 之间可以相互转化
2222H O OH OOH +H O +→
有机物即使是生物也难以降解的各种有机物，在光催化体系中利用高度活性的羟基自由基OH 反应，被无选择性地氧化成无机化合物。
无机化合物？
甲基橙染料无挥发性，是一种工业上常见的偶氮类染料。
其分子式如图所示：
实验证明甲基橙是较难降解的有机污染物，具有相当高的抗直接光分解和氧
化的能力；且其浓度可采用分光光度法测定，方法简便，
因而常被用做光催化反应的模型反应物。
图1 甲基橙分子结构
光化学反应仪器 光源冷却水循环装置
图2 实验装置图
三、仪器 试剂
722型分光光度计 1台 300W 高压汞灯 1支 光催化反应器 1个 充气泵 1个 恒温水浴 1套 磁力搅拌器 1台 离心机 1台 台秤 1台 秒表 1块 10mL 移液管 1支 20mL 移液管 1支 500 mL 量筒 1支 吸耳球 1个 离心管 7支 甲基橙贮备液（1000mg/L ） 纳米TiO 2（P25）
四、实验步骤
1、配置20mg/L 甲基橙溶液。
向500ml 的容量瓶中加入10mL 的1000mg/L 的甲基橙贮备液，用水稀释至刻度，配成20 mg/L 的甲基橙溶液。
2、调整分光光度计零点
打开722型分光光度计电源开关，预热至稳定。
调节分光光度计的波长旋钮至462nm 。
打开比色槽盖，即在光路断开时，调节“0”旋钮，使透光率值为0.取一只1cm 比色皿，加入参比溶液蒸馏水，擦干外表面（光学玻璃面应用擦镜纸擦拭），放入比色槽中，确保放蒸馏水的比色皿在光路上，将比色槽盖合上，即光路通时，调节“100”旋钮使透光率值为100%。
3、甲基橙光催化降解
（1）每次取0.01g 的催化剂放入光催化反应器，并加入50 ml 的20 mg ／L 甲基橙水溶液，含催化剂的甲基橙水溶液首先在暗处预吸附30min ，使甲基橙在催化剂的表面达到吸附/脱附平衡。
（2）打开光反应仪器的光源，选取300W 高压汞灯，波长设置为254nm 。
在磁力搅拌下，每隔5 min 取约5ml 溶液，将所得样品在XX 转速下离心分离5min 去除催化剂，取上层清液测试。
共测试30min 。
（3）采用721型紫外-可见分光光度计在最大吸收波长462nm 处测试溶液的吸光度。
根据吸光度与浓度的关系计算甲基橙的降解程度η： 00()/()/100%O O C C C A A A =-=-⨯η
Co 为甲基橙的初始浓度，C 为不同时刻所取得上层清夜的浓度。
（4）同时取一份50ml 不加TiO 2催化剂的20mg/L 甲基橙水溶液，在相同条件下进行空白实验。
步骤3的操作要点简洁方框图
五、数据处理
1、将实验数据列表，格式如下：
室温： 大气压：
表1 甲基橙光催化降解实验数据
t /min
A
0)A A （
η
1A 1ln A
（）
0 5 10 15 20 25 30
2、采用积分法中的作图法，作1ln t A
（） 关系图，根据动力学相关知识，确定反应级数。
3、由所得直线的斜率求出反应的速率常数1k 。
4、计算甲基橙光催化降解的半衰期12
t 。
5、作ηt 图，分析甲基橙的降解率与时间的关系。
六、注意事项
1.先开激光冷水机，再开光反应仪器的高压汞灯，以免影响汞灯寿命。
2. 甲基橙的降解一般认为是一级反应，对于不同的降解物，动力学并不相同。
3. 离心分离时，一定要离心彻底，离心一次不够的话，重复离心一次。
保证清夜中不能有固体粉末。
4.实验温度、搅拌速度等条件会影响催化效果，催化剂和空白对照的实验要同时进行，并且保证反应条件一致。
七、思考题
1. 实验中，为什么用蒸馏水作参比溶液来调节分光光度计的透光率值为100%？一般选择参比溶液的原则是什么？
2. 甲基橙溶液需要准确配制吗？
3. 甲基橙光催化降解速率与哪些因素有关？。