光催化降解甲基橙
二氧化钛光催化甲基橙分解
纳米TiO2及其光催化性质研究实验方案意义背景：纳米TiO2粉体技术是近二十年来发展起来的一项高新技术。
它通常是指颗粒尺寸在1 —100纳米的固体颗粒材料。
因其具有强烈的表面效应、体积效应、量子效应和宏观量子隧道效应等特性使其在声、光、电、磁、热等许多方面具有独特的性能。
纳米技术的悄然兴起，引起世界各国的广泛关注和重视。
纳米TiO2具有许多独特性质，如大的比表面积和表面张力，熔点低，磁性强，光吸收性能好。
其吸收紫外线的能力强，表面活性大，热导性能好，分散性好等。
基于上述特点，纳米TiO2具有广阔的应用前景，如作为光催化剂处理有机废水；利用其光电导性和光敏性开发感光材料。
实验仪器和药品清单：⑴VIS-7220型分光光度计（一台）50mL干燥小烧杯（6个）电子天平（209旁边用）5mg/L的甲基橙溶液（1000mL）20 W石英紫外灯（可调节光强3台）定性pH式纸81-2型恒温磁力搅拌器800B离心机⑵去离子水过氧化氢溶液氯化钠溶液硫酸亚铁溶液实验具体方案纳米二氧化钛光催化活性的检测：（I）二氧化钛光催化原理：光催化纳米材料的作用机理是在光量子的作用下，电子发生能带跃迁形成光生载流子，诱发氧化分解作用极强的活性氧及？OH自由基，使反应物降解。
TiO2作为一种新型的光催化材料更是引起研究者的极大兴趣。
纳米TiO2材料以良好的热稳定性、高效、无毒、成本低和不造成二次污染等优点，在光催化降解废水中的有机物方面应用前景广阔。
TiO2为N型半导体材料，含有能带结构，通常情况下是由一个充满电子的低能价带和一个空的高能导带构成，它们之前由禁带分开，带隙宽为 3.2eV，在受到波长小于或等于387.5nm的光照射时，价带的电子就会被激发到导带，形成空穴/电子对，此时空气中的C2和HbO与之作用便形成了很高活性的？O 2和？OH自由基。
研究证明，当pH=1 时锐钛矿型TiO2的禁带宽度为3.2eV，半导体的光吸收阈值入g与禁带宽度Eg的关系为A g（nm）=1240/Eg（eV），当用能量等于或大于禁带宽度的光（入＜388nm的近紫外光）照射半导体光催化剂时，半导体价带上的电子吸收光能被激发到导带上，因而在导带上产生带负电的高活性光生电子（e-）,在价带上产生带正电的光生空穴（h+），形成光生电子-空穴对。
TiO2光催化氧化降解甲基橙的研究进展
TiO2光催化氧化降解甲基橙的研究进展[摘要] 水污染问题尤其是高毒性难降解的染料废水污染问题已经成为人们关注的热点。
水溶性偶氮染料是印染业污染治理的主要对象,该类物质不仅色度高,而且难以降解。
甲基橙是典型的偶氮染料,本文主要就以TiO2光催化降解甲基橙的研究现状进行了综述。
[关键词]TiO2甲基橙光催化氧化[Abstract] The problem of water polution especially the dye wastewater with high toxic and difficult degradation is attracting more and more attentions.Water-solube azo dyes not only with high chroma but degradate very difficultly ,which has became the main project of deal polution in dying industry.MO is the typical azo dye.In this paper,the present research about photocatalytic degradation MO with TiO2 are reviewed.[Keywords] TiO2Methyl Orangephotocatalytic oxidation染料废水主要来源于染料及染料中间体生产行业,是由各种产品和中间体结晶母液、生产过程中流失的物料及冲刷地面的污水等组成[1]。
染料废水具有成分复杂、色度高、排放量高、毒性大、可生化性差的特点。
偶氮染料是印染行业中最常用的染料之一,占染料总使用量的50%左右[2],具有很大的生物毒性,严重污染了环境,因此染料废水一直是废水处理中的难题。
甲基橙是典型的偶氮染料,其水溶液具有染料废水的典型特征,不仅色度高,而且难以降解,故实验室常用甲基橙作为模型反应物研究如何有效的进行废水处理。
改 自制催化剂降解甲基橙实验方案
自制催化剂降解甲基橙实验方案甲基橙降解率计算方法：按下式计算光照后溶液的降解率。
%100⨯-=始始A A A 终降解率 始A 为光照前罗丹明B 溶液的吸光度，终A 为光照后罗丹明B 溶液的吸光度。
第一步 确定基础实验条件参数参考数据：甲基橙溶液浓度 10 mg/L甲基橙溶液pH 值 6催化剂用量 1.0 g/L1.1 探找甲基橙溶液合适的浓度（mg/L ）待测浓度 5，10，15，20，25使用电子天平分别测量1、2、3、4、5mg 的甲基橙，分别配置成200ml 的水溶液。
然后，向所得的甲基橙溶液中加入相同量的氧化亚铜粉体0.2g 。
使用磁力搅拌器将所得混合物进行持续强力搅拌20min 。
取4ml 混合液进行离心分离，然后取其上清液进行可见分光光度法分析，测量甲基橙的吸光度。
将制得悬浊液放到紫外光灯下进行照射20min ，观察哪一号样品降解的完全（从最后溶液的颜色浓淡进行判断溶液降解的情况，最后溶液的颜色越浅，说明其降解的越完全）。
1.2 确定甲基橙溶液合适的pH 值待测pH 值 4，5，6，7，81.3 确定催化剂用量（g/L ）待测催化剂用量 0.5，1.0，2.0，3.0，4.0，5.0第二步 空白实验。
用于与使用催化剂实验的对比。
2.1 日光照射甲基橙溶液，不同时间的降解率。
T=1，2，3，4，5，10，20，30 min 这个取样的速度是不是太快了？一分钟从取样到离心、检测，根本来不及。
只有四只离心管，而每次同时进行光催化四份样品。
2.2 365nm 紫外线照射甲基橙溶液，不同时间的降解率。
T=1，2，3，4，5，10，20，30 min第三步 分组实验。
采用第一步的条件，逐步测定各组样品的光催化数据。
第四步 各组实验结果制作曲线，进行横向比较分析。
第五步 有条件的不同组之间的光催化数据的纵向比较分析。
注：测量吸光度时，采用464nm波长。
每个样品配制200mL甲基橙溶液。
取样时每次取3～5mL。
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。
光催化甲基橙实验报告单
一、实验目的1. 了解TiO2光催化的基本原理；2. 掌握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1. 甲基橙（MO）是一种阳离子型染料，其分子结构中含有偶氮基（—NN—），不易被传统的氧化法彻底降解，容易造成环境污染。
2. TiO2作为一种半导体材料，具有良好的光催化活性。
在光照射下，TiO2表面会产生电子-空穴对，电子与甲基橙发生氧化还原反应，使甲基橙褪色。
三、实验仪器与试剂1. 仪器：紫外可见分光光度计、磁力搅拌器、pH计、锥形瓶、烧杯、容量瓶、移液管等。
2. 试剂：甲基橙、TiO2、无水乙醇、盐酸、氢氧化钠、氯化钠、氯化钾等。
四、实验步骤1. 配制甲基橙溶液：准确称取一定量的甲基橙，用无水乙醇溶解，配制成一定浓度的甲基橙溶液。
2. 配制TiO2悬浮液：称取一定量的TiO2，加入适量无水乙醇，搅拌至TiO2完全溶解。
3. 设置实验组：分别设置不同pH、甲基橙初始浓度、TiO2投加量的实验组。
4. 搅拌：将甲基橙溶液和TiO2悬浮液混合，置于磁力搅拌器上，控制搅拌速度。
5. 光照：将混合液置于紫外可见分光光度计下，进行光照反应。
6. 取样：光照一定时间后，取出部分混合液，用无水乙醇稀释，测定甲基橙的浓度。
7. 计算脱色率：根据甲基橙的浓度，计算脱色率。
五、实验结果与分析1. pH对甲基橙脱色率的影响实验结果表明，随着pH的升高，甲基橙的脱色率逐渐降低。
当pH=3时，甲基橙的脱色率达到最高。
2. 甲基橙初始浓度对脱色率的影响实验结果表明，甲基橙初始浓度越高，脱色率越低。
当甲基橙初始浓度为10 mg/L 时，脱色率达到最高。
3. TiO2投加量对脱色率的影响实验结果表明，随着TiO2投加量的增加，甲基橙的脱色率逐渐升高。
当TiO2投加量为1 g/L时，脱色率达到最高。
六、结论1. 光催化降解甲基橙实验表明，TiO2光催化剂对甲基橙具有较好的降解效果。
甲基橙光降解
内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书（毕业论文）题目：Keggin型多酸光催化降解水中甲基橙的研究学生姓名：学号：专业：应用化学班级：17级-3班指导教师：老师Keggin型多酸光催化降解水中甲基橙的研究摘要由于多项光催化氧化技术可以将水中的难降解的有机污染物完全降解为二氧化碳、无机盐、水等小分子化合物，所以在工业废水处理上发挥了重大作用。
本实验以硅钨酸四甲基铵、硅钨酸磷钨酸、磷钨酸四甲基铵等Keggin型的多酸为催化剂，在光化学反应器中，以氙灯光作为光化学反应的光学来源，分析这四种Keggin型催化剂，对甲基橙光色催化脱色降解可能造成的影响，并得出以下结论：首先，光催化降解率最高的是是硅钨酸四甲基铵，其次为磷钨酸四甲基铵，再次是磷钨酸，硅钨酸光降解率最低。
其次，催化剂用量和脱色率呈正相关，1.2 g催化剂是最佳用量。
最后，同等计量的双氧水、甲醇、乙醇，双氧水脱色率最高。
研究表明，催化剂剂量、光照时间、催化剂类型等是影响多酸光催化降解效果的主要因素。
研究结果还指出，在300Ｗ氙灯光照下，向10 mg/L的甲基橙溶液500 ml，加入3.0 mL的双氧水，最佳脱色条件为：以硅钨酸四甲基铵为光催化剂，脱色效果最为显著。
硅钨酸四甲基铵催化剂最佳用量为1.2g，光照时长为2.5小时，脱色率最大达89.41%。
这一结果表明，通过光催化剂降解有机废水，效果极为显著，发展潜力巨大。
关键词：keggin型多酸，光催化，甲基橙Study of Keggin type polyoxometalate photocatalytic degradation ofmethyl orange in waterAbstractBecause a number of photocatalytic oxidation technologies can completely degrade difficult degradable organic pollutants in water into small molecular compounds such as carbon dioxide, inorganic salt, water, it has played a significant role in industrial wastewater treatment. This experiment used the Keggin-type polyacids such as tetramethammonium silica tungate, and the catalyst, with xenon light as the optical source of photochemical reaction, the four Keggin-type catalysts were analyzed, the possible effects on photocatalytic degradation of methyl orange, and drew the following conclusions:First, the highest photocatalytic degradation rate is tetramethylammonium silicon tungstate, followed by tetramethyl ammonium phosphate tungstate, once again phosphotungstate acid, and the lowest photodegradation rate of silicon tungstate acid.Secondly, catalyst dosage and decolatromination rate are positively related, 1.2 g catalyst is the optimal dosage.Finally, the same measurement of hydrogen peroxide, methanol, ethanol, the highest rate of hydrogen peroxide.The study shows that the catalyst dose, illumination time and catalyst type are the main factors affecting the photodegradation. The results also showed that under 300W xenon light, 3.0 mL was added to 500 ml,, the best decololor condition is: tetramethyl ammonium silicon tungstate as the photocatalyst, the decolor effect is the most significant. The optimal dosage of tetramethyl ammonium silicon tunggsten catalyst was 1.2g, illumination duration of 2.5 hours and a maximum deschromination rate of 89.41%. This result shows that degraded organic wastewater by photocatalyst has a great effect and has great development potential.目录第一章绪论 (1)1.1选题背景 (1)1.2废水处理研究 (3)1.2.1废水来源及特点 (4)1.2.2光催化氧化法研究进展 (5)1.2.3杂多酸（盐）光催化降解染料废水研究进展 (5)1.3本课题研究意义 (6)第二章实验部分 (8)2.1实验试剂与仪器 (8)2.1.1实验试剂 (8)2.1.2实验设备与表征仪器 (8)2.2实验原理 (8)2.3实验内容 (9)2.3.1磷钨酸四甲基铵和硅钨酸四甲基铵的合成方法 (9)2.3.2 甲基橙溶液的配制方法 (9)2.3.3 催化剂种类的影响 (10)2.3.4 催化剂用量的影响 (11)2.3.5 醇种类的影响 (14)2.3.6 双氧水的影响 (14)第三章实验结论 (16)参考文献 (17)致谢 (20)第一章绪论1.1选题背景工业的快速发展和社会经济的进步全人类获得了前所未有的财富，生活水平不断改善的同时，各种污染成为了发展中的新问题，其中水污染当属重中之重，成为了全球的最突出治理难题。
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。
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光催化降解染料甲基橙
一、目的要求
1、掌握确定反应级数的原理和方法；
2、测定甲基橙光催化降解反应速率常数和半衰期；
3、了解可见光分光光度计的构造、工作原理、掌握分光光度计的使用方法。
二、实验原理
国内外大量研究表明，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，最终无机化为CO2 H2O,而污染物中含有的卤原子、硫原子、磷原子和氮原子等则分别转化为X-,SO42-,PO43-,PO43-,NH4+,NO3-等离子。
因此，光催化技术具有在常温常压下进行，彻底消除有机污染物，无二次污染等优点。
光催化技术的研究涉及到原子物理、凝聚态物理、胶体化学、化学反应动力学、催化材料、光化学和环境化学等多个学科，因此多相光催化科技是集这些学科于一体的多种学科交叉汇合而成的一门新兴的科学。
光催化以半导体如TiO2,ZnO,CdS,Fe2O3,WO3,SnO2,ZnS,SrTiO3,CdSe,CdTe,In2O3,FeS2，GaAs,GaP,SiC,MoS2等作催化剂，其中TiO2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，帮TiO2是目前广泛研究、效果较好的光催化剂。
半导体之所以能作为催化剂，是由其自身的光电特性所决定的。
半导体粒子含有能带结构，通常情况下是由一个充满电子的低能价带和一个空的高能导带构成，它们之前由禁带分开。
研究证明，当pH=1时锐钛矿型TiO2的禁带宽度为3.2eV，半导体的光吸收阈值λg与禁带宽度Eg的关系为
Λg（nm）=1240/Eg(eV)
当用能量等于或大于禁带宽度的光（λ<388nm的近紫外光）照射半导体光催化剂时，半导体价带上的电子吸收光能被激发到导带上，因而在导带上产生带负电的高活性光生电子（e-），在价带上产生带正电的光生空穴（h+）,形成光生电子-空穴对。
空穴的能量为7.5 eV，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
e-+h+==N+energy(hv’<hv or heat)
第二类是发生一系列光催化氧化还原反应，还原和氧化吸附在光催化剂表面上物质。
TiO2→e-+h+
OH-+h+→·OH
H2O+h+→·OH+H+
A+h+→·A
另一方面，光生电子可以和溶液中溶解的氧分子反应生成超氧自由基，它与H+离子结合形成.OOH自由基：
O2+e-+H+→·O2-+H+→·OOH
2HOO·→O2+H2O2
H2O2+·O2→OH+OH-+O2
·O2-+2H+→H2O2
此外·OH,·OOH和H2O2之间可以相互转化
H2O2+·OH→·OOH+H2O2
利用高度活性的羟基自由基.OH无选择性地将氧化包括生物难以降解的各种有机物并使之完全无机化。
有机物在光催化体系中的反应属于自由基反应。
四基橙染料是一种常见的有机污染物，无挥发性，且具有相当高的抗直接光分解和氧化的能力；其浓度可采用分光光度法测定，方法简便，常被用做光催化反应的模型反应物。
四基橙的分子式如图1所示：
从结构上看，它属于偶氮染料，这类染料是染料各类中最多的一种，约占全部染料的50%左右。
根据已有实验分析，甲基橙是较难降解的有机物，因而以它作为研究对象有一定的代表性。
三、仪器试剂
722型分光光度计1台；125W高压汞灯1支；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；移液管（10mL）2支；500 mL量筒1支；吸耳球；离心管7支。
甲基橙贮备液（1000mg/L）；纳米TiO2（P25）。
四、实验步骤
1、了解可见光分光光度计的原理与使用方法，参阅有关教材及文献资料。
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、 四基橙光催化降解
进行光催化反应实验时，首先向反应器内加入10mL 的1000 mg/L 的甲基橙贮备液，并加480mL 水稀释，配成500mL 的20 mg/L 的甲基橙溶液，然后加入0.2g 纳米TiO2催化剂，磁力搅拌使之悬浮。
避光充空气搅拌30min ，使甲基橙在催化剂的表面达到吸附/脱附平衡，移取10mL 溶液于离心管内。
然后开通冷却水，并开启淘汰进行光催化反应25min ，每隔5min 移取10mL 反应液，经离心分离后，取上清液进行可见分光光度法分析。
采用722型可见分光光度计，通过反应液的吸光度A 测定来监测甲基橙的光催化脱色和分解效果。
在0—20 mg/L 范围内，甲基橙溶液浓度与其462nm 处的吸收什呈极显著的正相关（相关系数达0.999以上）。
五、数据处理
1、 设计实验数据表，记录温度。
A 0,A 等数据；甲基橙降解率。
表——1
2、 采用积分法中的作图法由实验数据确定反应级数。
反应时间
/min
0 5 10 15 20 25 30
吸光度
/i A 0A 1A 2A 3A 4A 5A 6A １.346 0.806 0.176 0.114 0.066 0.066 0.066 甲基橙浓
度/mg/L
20.00 11.98 2.62 1.69 0.98 0.98 0.98 降解率/
η
0 40.12% 85.44% 91.53% 95.10% 95.10% 95.10% ln(a-x) 3.0 2.48 0.96 0.53 0 0 0
根据本实验的原理部分知道，该反应是个表面催化反应，而一般表面催化反应更多的是零级反应；不妨设纳米Ti02光催化降解甲基橙的反应是一级反应：即r=k1（a-x）；
显然，以浓度ln(a-x)对时间t作图：
图——1
据图——1可知，在0—20min中时ln(a-x)~t关系成一直线，因此符合假设，即纳米Ti02光催化降解甲基橙的反应是一级反应。
3、由所得直线的斜率求出反应的速率常数k1
根据图——2可知：反应的速率常数k1=0.12min－1 。
4、计算甲基橙光催化降解的半衰期t1/2。
甲基橙光催化降解的半衰期t1/2=ln2/k1=5.78min
5、甲基橙降解率计算：η=（c0-c）/c0，其中c0为光照前降解液浓度，c为降解后的浓度。
由于甲基橙溶液浓度和它的吸光度呈线性关系，所以降解脱色率又可以由吸光度计算，即η=（A0-A）/A0，其中A0为光照前降解液吸光度，A为降解后吸光度。
甲基橙的降解率，如表——1所示，η~t的线性关系如图——2所示。
如图——2
六、实验结果与讨论
1、通过计算和模拟，得知纳米Ti02光催化降解甲基橙的反应是一级反应。
2、500mL20 mg/L的甲基橙溶液，0.2克纳米TiO2为催化剂，在高压汞灯光照条件下，30min 中内可以最大降解率约95.10%。
3、该实验中采用积分法中的作图法由实验数据确定反应级数时，ln(a-x)~t的线性相关度为94%，存在较大偏差；其中原因可能是在实验过程中将试液离心时，未能完全沉淀下来，测量时仍然有些浑浊，但实验中重复离心，结果仍然不明显改变，因此认为是某些小颗粒在该实验条件下无法沉淀，故存在一定的误差。
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？
用蒸馏水作参比溶液来调节分光光度计的透光率值为100%，以消除溶液中的水对光的吸收反射或散射造成的误差。
一般选择参比溶液的原则：当试样溶液、显色剂及所用的其它试剂在测定波长处均无吸收时，可选用蒸馏水作参比液；若有显色剂或其它试剂对入射光有吸收，应选用试剂空白为参比；若试样中其它组分有吸收，而显色剂无吸收且不与其它组分作用，应选用不加显色剂的试样溶液作参比液。
2、甲基橙溶液需要准确配制吗？
答：不需要；根据实验结论可知，甲基橙浓度可以通过分光光度计测量；因此整个实验中甲基橙溶液是不需要准确配制的。
3、甲基橙光催化降解速率与哪些因素有关？
影响甲基橙光催化降解速率因素有：纳米Ti02颗粒大小、光照强度、搅拌程度、催化剂的用量、温度、溶液初始pH、溶液初始浓度等。