二氧化钛光催化剂降解甲基橙影响因素研究实验方案
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。
Sb掺杂TiO2光催化降解甲基橙反应研究
２ １ 年 ５月 ２ 日收到 ０１ ３ 浙 江 省 教 育 厅 ２ １ 科 研 计 划 ０ ０年 项 目（ ２ １ １５ ５ 资 助 Ｙ ００ ６ ０ ） 第 一 作 者 简介 ： 文琼 （９ ７ ） 女 。 黄 １８ 一 ，
（ 京江胥 机 电厂 ， 南 江苏 ， 海 ） 东 中进 行 ， 型 的反 应 典
条件 为 ：０ ５ ０ｍＬ浓 度 为 １０ ｍ ／ ０ ｇ Ｌ的 ＭＯ水 溶 液 ， 加 入 ３ ｇ 化剂 ， 于暗 处达 吸附平 衡后 ， ０ｍ 催 置 快速 注入
一
甲基橙 （ ＭＯ） 钛 酸 丁 酯 、 、 十六 烷 基 三 甲基 溴 化 铵（Ｔ Ｂ 、 Ｃ Ａ ） 过氧 化氢溶 液 （ ０ ） 乙酸 等 均 为分 析 ３％ 、
摘
要 考察 了 ｓ ｂ参 杂 ＴＯ ｉ 催 化 剂 光催 化 降 解 甲基 橙 （ ＭＯ） 应 性 能 。 研 究 了催 化 剂 制 备 条 件 、ｂ负 载 量 、 化 剂 用 量 、 反 Ｓ 催
Ｈ Ｏ 用 量 、 应 时 间 、 照 等 实验 条 件 对 Ｍ 降 解 率 的影 响 。 实 验 结 果 表 明 ，ｂ负 载 量 为 ５ 的 ＴＯ 表 现 出 了 良好 的 催 化 活 ：： 反 光 Ｏ Ｓ ％ ｉｚ 性 。在 优 化条 件 下 ， 应 ２ ０ｒｎ可 将 浓 度 为 １０ｍ ／ 反 ４ ｉ ａ ０ ｇ Ｌ的 ＭＯ 完 全 降 解 。
关键词
ＴＯ ｉ
Ｓ ｂ
甲基橙
光催 化
降解 Ｂ
中图法分类号
０ ４ ． ６ Ｏ １ ．２ ； ６ ３ ３ ；６ ４ １１
文献标志码
纳米 ＴＯ 光催 化 法 能 将 有 机 污 染 物 完 全 降解 ｉ，
光催化降解甲基橙
N-TiO2的制备及可见光降解有机污染物的测定一、目的要求1、N掺杂TiO2光催化剂的简易液溶液制备;2、测定甲基橙在可见光作用下的光催化降解反应速率常数;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。
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、光化学与环境化学等多个学科,因此多相光催化科技就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,WO3,SnO2,ZnS,SrTiO3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。
TiO2就是目前广泛研究、效果较好的光催化剂之一。
半导体之所以能作为催化剂,就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,通常情况下就是由一个充满电子的低能价带与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(nm)=1240/E g(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。
空穴具有强氧化性;电子则具有强还原性。
当光生电子与空穴到达表面时,可发生两类反应。
第一类就是简单的复合,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。
第二类就是发生一系列光催化氧化还原反应,还原与氧化吸附在光催化剂表面上物质。
p_25对甲基橙的光催化作用
心得体会：
在实验过程中由于自己的粗心使得称量，配液过程还是有那么些许不如意。
做实验途中不能因为失败就不去做，或者放弃。我们要从失败中找出解决的方法，从失败中找到自己成功的部分，那就是成功！
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60mg/ L甲基橙溶液在催化剂量不同情况下的紫外-可见吸光度图
对于整个实验的流程有基本的把握，但是对于细节的掌握还有许多瑕疵。
三人的人员分配，组织，合作还要有进一步的提升。
对于实验中遇到的问题，提出的问题，最好以讨论的形式，能够各抒己见，把自己的想法完全说出来，找到解决问题的方案，再去求取正确与否就更好了。
电子与表面吸附的氧分子反应，分子氧不仅参与还原反应，还是表面授基自由基的另外一个来源，具体的反应式如下:
实验仪器及试剂： - ，甲基橙，无水乙醇，全部试验用水为蒸馏水，石英试管8支以及塞子，磁子8个，容量瓶1000ml的两个，漏斗，滤纸（光化学反应仪，离心机，UV-2550紫外-可见分光光度计，气相质谱仪，分析天平，气相色谱仪）。
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。
电场辅助TiO_2薄膜光催化降解甲基橙的影响
第30卷 第6期2007年12月电子器件Ch inese Jou r nal Of Elect ro n DevicesVol.30 No.6D ec.2007Study on Photoca talytic Degra dat ion of Methyl Or ange by TitaniumDioxide Coupling with Photoca ta lytic Field 3YI N L i 2s on g ,F A N H ai 2l u ,C H E N Y o ng 2p i n g ,TA N Mi n ,YA N G Sh uo(S chool of P hysi cs and Technolog y ,Cent r al S outh Uni versit y ,Changs ha 410083,Chi na)Abstract :The p hot ocatalytic degradation of met hyl ora nge unde r UV 2ra y and elect ric fiel d wit h tit anium di 2oxi de t hi n fil ms wa s investi gated in t hi s work.The el ect ric field effect s on t he photocat al yt ic p ropert ies of TiO 2nanometer fil ms and t he best ac 2tive l ays of TiO 2were di scussed respecti vel y.The experi ment al re 2sult s i ndicat e t hat ,t he degradation effi ciency of met hyl orange can be great ly i ncreased by applyi ng t he elec 2t ric field ,t he growt h rate reaches 50%when t he 30volt age act ing on t he cat al yst.The elect ric field chan 2ge s in cert ai n degree t he be st act ive layer s of TiO 2from 6to 7.K ey w or ds :Ti O 2;p hot ocatalytic degradation ;elect ric field ;met hyl orange EEACC :0520电场辅助TiO 2薄膜光催化降解甲基橙的影响3尹荔松,范海陆,陈永平,谭 敏,杨 硕(中南大学物理科学与技术学院,长沙410083)收稿日期2823基金项目中国博士后基金资助(6388);湖南省博士后基金资助作者简介尹荔松(2),男,博士后,主要研究方向为纳米材料,y @63摘 要:将电场引入到TiO 2光催化降解甲基橙反应中,实验讨论了电场对TiO 2光催化活性的影响及电场对薄膜最佳光催化活性层数的影响.结果表明:外加电场对光催化反应的影响明显,在外加电压30V 时,TiO 2光催化降解甲基橙的降解率提高了50%;此外,电场对催化剂TiO 2的最佳光催化活性层数有一定的影响,最佳光催化活性层数从无电场时的6层变为7层.关键词:TiO 2;光催化降解;电场;甲基橙中图分类号:TN 304.055 文献标识码:A 文章编号:100529490(2007)0622001203 目前,利用光催化技术降解有机污染物[122]越来越受到人们的重视,该技术处理有机染料废水的氧化能力强、无二次污染、设备简单、操作条件容易控制.它可以以太阳光作为能源,降低运行费用,对于保护环境、维持生态平衡、实现可持续发展具有重大意义.光催化氧化法自身效率低的特点大大限制了其应用,为了提高光催化氧化反应的量子产率,已有研究者分别利用磁场[3]、电场[4]、超声波[5]等与光催化反应系统的协同作用来提高对有机污染物的降解率.光催化过程实际上是由光生电子和空穴在半导体中生成、复合、被捕获和界面迁移,以及随后发生的一系列自由基反应所组成,因此可以用外加电场的方法促使电子2空穴对的有效分离,从而提高对空穴的利用率.1 实验部分1.1 试剂与仪器实验中其它所用的试剂均为分析纯.紫外-可见光分光光度计(尤尼卡WF Z UV 22100型)及玻璃比色皿、紫外灯(启东市海联,激发波长253.7nm )、直流稳压电源(金盾J W Y -301型)、采用Nt 2Mdt 生产的sol ver p47型原子力显微镜(A FM)对薄膜表面的形貌进行测试、用Ri gaku D/max 2550V 型X 射线衍射仪对粒子的晶型进行分析.1.2 薄膜的制备与表征用200mL 无水乙醇与3mL 乙酰丙酮(抑制:200700:2000907:1971inlis o .剂)充分混合.加入25mL 钛酸丁酯,制得溶液A.150mL 无水乙醇与2.5mL 蒸馏水充分混合.制得溶液B.滴入盐酸调节B 溶液的p H 在2～3之间.将A 与B 混合并用无水乙醇调节溶液的总体积为480mL ,制得0.15mol /L 的TiO 2溶胶.将溶胶倒入自制的拉膜瓶中,调节瓶底的阀门,让液面以大约5cm/mi n 的速度匀速下降,再将载玻片放入烘干箱中,在80℃下烘干10mi n.重复以上步骤,制备出不同层数的薄膜,最后将镀上薄膜的玻璃基片放入马弗炉中以526℃/mi n 的速率升温到500℃保温2h.图1是Ti O 2薄膜(5层500℃下退火)的二维、三维原子力显微图(A FM),从二维(a)图中可以看出,用sol 2gel 法制备的TiO 2薄膜表面比较平整,薄膜表面起伏较小,晶粒尺寸较均匀,没有异常的大颗粒存在,结构致密.表面TiO 2粒子的平均粒径40nm 左右.从三维(b )图中可以看出,薄膜表面高低不一,颗粒连续堆积,无明显断层现象.(a)TiO 2薄膜的二维AFM 相片(b)TiO 2薄膜的三维AFM 相片图1图2为实验所得溶胶在500℃煅烧2h 后的XRD图谱.各衍射峰所对应的2θ值分别为25.26,37.8,48,53.88,55.04,62.62,68.7,70.16,75.06,82.68.各衍射峰与TiO 2锐钛矿相P DF 标准卡中所示特征衍射峰的峰位和峰的相对强度符合的比较好,因此,样品为锐钛矿相的T O ,而且图中无其它杂质晶相衍射峰出现,表明产物具有较高的纯度主衍射峰尖锐且大大宽化,说明结晶度较高、晶粒完整且粒径较小图2 T iO 2的XRD 图谱1.3 实验方法实验在图3所示的反应装置中进行,目标降解图3 光催化反应器物为10mg L -1的甲基橙溶液.反应器位于两平行电容板之间,两板间距离为5cm ,通过改变平行电容板的电压来调节反应区域内的电场,实验中电压可调范围在0～36V 之间,光源是功率为35W 的紫外灯,激发波长为253.7nm ,灯管与液面的平均距离为15cm ,搅拌速度为120r min -1.用紫外分光光度计测甲基橙不同浓度溶液的吸光度,所测甲基橙溶液的浓度依次为5mg L -1、10mg L -1、15mg L -1、20mg L -1、25mg L -1、30mg L -1.从图4(a )中可知,甲基橙溶液在波长464nm 处具有最大吸光度,且在锐钛矿的最大激发波长(380nm)附近没有明显的吸收,其吸光度与浓度成有如图4(b )所示的线性关系.实验中所用甲基橙溶液的浓度为l0mg L -1,因此,可通过(1)式计算出其降解率.每隔30min 进行取样,测定出A t 的值.()甲基橙的吸收曲线2002电 子 器 件第30卷i 2..a(b)甲基橙溶液的吸光度与浓度之间的对应关系图4η=(A0-A t)/A0×100%(1)η为降解率,A0为溶液的初始吸光度,A t为溶液经光催化降解t时间后的吸光度.2 结果与讨论2.1 电场对最佳光催化活性层数的影响图5为电场对最佳光催化活性层数的影响.从图可知,薄膜光催化活性的最佳层数不因外加电压(20V)而发生明显的改变.在只有光照的情况下, TiO2薄膜的最佳光催化活性层数为6～8层,加入电场后,薄膜的最佳光催化活性层数为7～8层,然而,6层与7层之间的降解率相差不明显,但7层在加入电场前后相差较大,这一变化应该是空穴扩散速率加快所引起的结果.在催化剂薄膜内部的空穴是通过扩散向薄膜表面迁移的,因此,受电场的作用较小.在如图4所示外加电场时,降低了原子的电子(非电子2空穴对中所分离的电子)向底层空穴跃迁的势垒,增大了原子上的电子到空穴的跃迁机率,而整个过程就相当于加速了内层空穴向表面的扩散,从而有利于更深层空穴向表面扩散.图5 电场对最佳光催化活性层数的影响2.2 电场对催化剂TiO2光催化活性的影响图6为电场对同层数(5层)TiO2薄膜光催化活性的影响.从图可知,外加电场对光催化活性影响较大,在安全电压范围内,催化剂TiO2光催化活性随电压的升高而增大,但并非简单的线性关系.在10～20 V之间,催化活性随电压变化最为明显;在0～10V 与20～30V这两个区域内,随电压的增加催化剂活性变化缓慢;催化剂活性倍率的增长率随电压的变化关系类似于正态分布(如图);在外加电压3V时,电场对T O薄膜光催化活性提高了5%,表明外加电场能有效促使电子2空穴对的分离、提高了表面空穴的利用率.此外,随着外加电压的升高,降解过程越来越接近于线性关系,这表明催化剂TiO2薄膜在电场作用下不易失去其催化活性.图6 电场对TiO2薄膜光催化活性的影响图7 催化剂活性倍率的增长率与电压的关系3 结论电场对催化剂TiO2的最佳光催化活性层数有一定的影响,最佳光催化活性层数从无电场时的6层变外7层.外加电场对光催化反应有明显的影响作用,电场强化了光催化剂Ti O2对甲基橙的降解作用,在30V的外加电压下,反应光催化降解率提高了50%,外加电场有利于维持催化剂Ti O2薄膜的催化活性.参考文献:[1] 刘守新、陈广胜、等Ag/Ti O2对含酚废水的光电催化降解[J].应用化学,2005,8;2228.[2] K ornienko G V,Chaenko N V,Vas ileva I S,et al.Indirect El ec2t rooxi dation of Organic Subst rates by Hydrogen Pero xide G enera2 t ed in an Oxygen G as2Diffusion Elect ro de[J].Russ ian Journal of Electrochem i st ry,2004,40(2):1482152.[3] 赵景联,种法国,赵靓等,磁场Ti02降解酸性大红3R研究,[J].西安交通大学学报,2006,7,4027.[4] 黄金球,唐超群等,电场对TiO2纳米膜光催化性能的影响,[J].催化学报,2006,9,Vol.27No.9.[5] Davydo v L,R eddy E P,France P,et al.Sonophot ocat alytic des t ruc2tio n of Organic C o nt am inant s in Aqueous S ystems on TiO2Pow2 []y B;,3,53002第6期尹荔松,范海陆等:电场辅助Ti O2薄膜光催化降解甲基橙的影响70 i20ders J.Applied C atal s is Envi ronmental29.。
光催化降解甲基橙实验报告
光催化降解甲基橙实验报告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、实验原理光催化始于1972年，Fujishima和Honda 发现光照的TiO单晶电极能分解水，引起人们对光诱导2氧化还原反应的兴趣，由此推动了有机物和无机物光氧化还原反应的研究。
1976年，Cary等报道，在近紫外光照射下，曝气悬浮液，浓度为50μg/L 的多氯联苯经半小时的光反应，多氯联苯脱氯，这个特性引起了环境研究工作者的极大兴趣，光催化消除污染物的亚牛日趋活跃。
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 2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TiO，ZnO，CdS，FeO，322WO，SnO，ZnS，SrTiO，CdSe，CdTe，InO，32323FeSGaAs，GaP，SiC，MoS等作催化剂，其中TiO222，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TiO是目前广泛研究、效果较2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TiO 的禁带宽度为3.2eV，半导体的光吸2收阈值λg与禁带宽度Eg的关系为λ（nm）=1240/Eg(eV)g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+），形成光生电子-的光生空穴（h空穴对。
La^3+掺杂TiO2光催化降解甲基橙
Ｏ 引言
近 年来 ， 因在 室 温条 件 下 即可 直 接利 用 太 阳
配制一定浓度的硝酸镧溶液 ， 以钛酸丁酯为 原料 ， 采用溶胶一 凝胶一 浸渍法制备一 系列不 同 Ｌ ａ ¨ 掺杂Ｔ ｉ Ｏ 前驱体 ， 经过陈化 ， 干燥 ， 研磨后 ， 设
定 不 同温 度 热 处 理 ２ ｈ即得 到 Ｌ ａ ３ 掺杂 Ｔ ｉ Ｏ ： 催 化
马弗炉 ； ８ ０ ０ 型低速离心机 ； Ａ Ｃ Ｄ 一 ０ ０ ８ Ｂ 空气压缩
机； Ｐ Ｈ Ｓ 一 ２ 型 酸度计 。
１ ． ２ Ｌ ａ 改性 二 氧化钛 光催化 剂 的制备
在首先考察了不同Ｌ ａ 掺 杂量 Ｔ ｉ Ｏ ： 光催化降解
甲基橙的影响， 实验条件如下： 甲基橙溶液 ５ ０ ０ ｍ Ｌ ；
剂系列 。
１ ． ３ 光 催化 降解 实验
光作为光源 ， 进行深度反应等独特性能而成为一
种 理想 的环 境污 染 治 理技 术 ， 以纳 米 Ｔ ｉ Ｏ 为 催 化
剂的多相光催化技术备受关 注¨ ］ 。催化氧化
法 结构 简 单 、 操作 条 件 容易 控 制 、 氧化 能 力 强 、 无 二次 污染 ， 加之 Ｔ ｉ Ｏ 化学稳 定性高 、 无毒 、 成 本 低， 故基于 Ｔ ｉ Ｏ ： 的光催 化 技 术 在环 境 治理 领 域 有 着 巨大 的经济 、 环境 和社 会 效 益ｂ 。但 是 ， Ｔ ｉ Ｏ ： 较
纯， 实验 用水 为去 离子 水 。
式中： ｃ ０ 一 降解 前 甲基 橙 溶液 的吸 光度 ； Ｃ 一 降解 后 甲基橙 溶液 的 吸光度 。
ＤＨ Ｇ 一 ９ ２ ４ ７ Ａ型 电热 恒 温 干 燥 箱 ； Ｄ Ｒ Ｚ 一 ５ 型
二氧化钛薄膜的光降解作用实验报告
****大学专业课程实验报告实验项目：二氧化钛薄膜光降解性能院（系）化学与环境工程学院专业名称学生姓名陈加新学生学号指导教师朱玉婵同组姓名 *+** ** ***2012 年 6 月18日二氧化钛薄膜光降解甲基橙性能测试一、实验目的掌握光催化反应的基本原理，掌握光催化氧化降解甲基橙溶液的实验设计和测定方法，了解二氧化钛光催化的研究发展方向。
二、实验原理光催化反应是最近被发现的一种特殊的化学反应，它是在光照条件下，与催化反应相结合，两者同时作用并进行。
一般而言，具有纳米级别的半导体材料都有可能拥有光催化性能，是纳米半导体的独特性能之一。
目前被作为研究的半导体光催化剂有很多种，其中，TiO2光催化材料由于其具有一系列特殊的性质，如良好的物理化学稳定性，光照后不发生光腐蚀，耐酸碱性好，对生物无毒性；来源丰富，成本低廉；能隙较大，产生光生电子和空穴的电势电位高，有很强的氧化性和还原性等优点，在环境保护中对水和气相有机、无机污染物的光催化降解方面有很大的优势，是一种极具潜力和应用前途的环境污染治理技术。
锐钛矿型TiO2的禁带宽度为3.2eV，所以在受到小于或等于387.5nm的光照激发后，价带中的电子就会吸收能量并被激发跃迁至导带上，形成带负电光生电子e-，同时具有很高的还原活性，而在价带上则产生带正电的光生空穴h+，具有很高的氧化活性。
由于半导体能带具有不连续性，电子和空穴具有较长的寿命，会在电场的作用下发生分离，迁移到粒子表面的不同位置。
它们能够在电场作用下或通过扩散的方式运动，与吸附在Ti02光催化剂粒子表面上的物质发生氧化或还原反应，同时也可能伴随一部分光生电子和空穴被表面品格缺陷捕获，或者直接发生复合。
即：空穴和电子在半导体TiO2催化剂粒子内部或表面光催化反应机理如图所示：其中，光生空穴能够与吸附在催化剂粒子表面的OH-或H2O发生作用生成羟基自由基(·OH)。
·OH是一种具有更高活性的氧化物质，能够无选择的氧化多种有机化合物并使之矿化，在很多研究中发现，·OH通常被认为是光催化反应体系中起主要氧化作用的物质。
二氧化钛光催化降解染料橙黄-26页精选文档
分子筛二氧化钛光催化降解染料橙黄ⅡPhotocatalytic degradation of OrangeⅡby mesorporous TiO2作者：谢滔班级：环境科学2019级学号：10071740139指导老师：赵雅萍职称：副教授论文完成时间：2019年5月目录摘要....................................................................................................................... - 1 - Abstract ................................................................................................................. - 1 - 1前言 ................................................................................................................... - 3 - 1.1引言 ........................................................................................................... - 3 - 1.2染料废水的处理技术............................................................................... - 3 -1.2.1物理化学法 ........................................................................................ - 3 -1.2.2生物法................................................................................................ - 4 -1.2.3化学法................................................................................................ - 5 - 1.3 TiO2国内外研究进 .................................................................................... - 8 -1.3.1 TiO2国内外研究进展 ......................................................................... - 8 -1.3.2 分子筛TiO2的研究进展 ................................................................. - 10 - 1.4论文研究理论........................................................................................... - 10 -1.4.1 TiO2光催化氧化原理 ....................................................................... - 10 -1.4.2 化学反应动力学理论....................................................................... - 11 -2 实验部分......................................................................................................... - 12 - 2.1 实验仪器与试剂...................................................................................... - 12 - 2.2橙黄Ⅱ ..................................................................................................... - 12 - 2.3 橙黄Ⅱ溶液的配置................................................................................. - 12 -2.4 实验方法.................................................................................................. - 13 -3 实验结果与讨论............................................................................................. - 13 - 3.1分子筛TiO2的性质 ................................................................................. - 13 - 3.2 初始pH值的影响................................................................................... - 14 - 3.3 橙黄Ⅱ浓度的影响.................................................................................. - 19 - 3.4 光照强度的影响...................................................................................... - 21 -4 结论................................................................................................................. - 22 - 参考文献：......................................................................................................... - 22 - 致谢..................................................................................................................... - 24 -染料废水具有水量大、水质复杂、色度深、化学需氧量、含盐量和酸碱度高、可生化性差等特点，是工业废水治理的难点之一。
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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
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
1不同PH影响实验步骤
甲基橙是一种酸碱指示剂, 在酸性和碱性条件下 分别有醌式和偶氮两种结构。改变溶
液的 pH 值, 可 以观察两种结构的甲基橙溶液光降解矿化的难易程度。甲基橙溶液的
初始浓度为 15mg/L , TiO2 的投加量为 0.500g, 以 0 .5mol/L HCL 0 .5mol/L NaOH
调节溶液的 pH 值为 3 、5 、7 、9 、11 , 然后进行光照降解, 每隔 10min 取样一
次, 测定其吸光度.
PH 3 5 7 9 11
吸光度
甲基橙的浓
度
2不同温度的影响
称取 0 .500 g TiO2 ,量取甲基橙溶液置于反应器中经磁力搅拌15 min后, 引入光源。
对溶解进行不同温度的控制10..20.30.40。然后进行光照降解, 每隔 10min 取样一次,
测定其吸光度.
温度
10 20 30 40
吸光度
甲基橙的浓度
3二氧化钛浓度的影响
分别称取0.250g 0 .500 1.000 g TiO2 ,量取甲基橙溶液置于反应器中经磁力搅拌15
min后, 引入光源。然后进行光照降解, 每隔 10min 取样一次, 测定其吸光度.
二氧化钛的用量
0.250g 0.500g 1.000g
吸光度
甲基橙的浓度
4Zn等贵金属的影响
称取 0 .500 g TiO2 ,加入Zn金属然后量取甲基橙溶液置于反应器中经磁力搅拌15 min
后, 引入光源。然后进行光照降解, 每隔 10min 取样一次, 测定其吸光度.
Pt的有无 不计入pt 加入pt
吸光度
甲基橙的浓度
5 光照强度的影响
称取 0 .500 g TiO2 ,量取甲基橙溶液置于反应器中经磁力搅拌15 min后, 引入光源。
用不同强度的光进行光照降解, 每隔 10min 取样一次, 测定其吸光度.
光强 弱 一般 强
吸光度
甲基橙的浓度
6 氯离子是否有影响
因为在PH的影响实验中加入了氯离子所以要排除氯离子是否对二氧化钛光催化降解甲
基橙的影响。称取 0 .500 g TiO2 ,加入氯化钾然后量取甲基橙溶液置于反应器中经磁力
搅拌15 min后, 引入光源。然后进行光照降解, 每隔 10min 取样一次, 测定其吸光度.
氯离子有无 加入 不加入
吸光度
甲基橙的浓度
实验记录表
时间
10 20 30 40 50 60
吸光度
甲基橙的
浓度
试剂与仪器 用量
二氧化钛 1瓶
甲基橙 1瓶
0.5mol/l氢氧化钠溶液 1瓶
0.5mol/l盐酸 1瓶
Zn
少量
氯化钾 1瓶
分光光度计 1台
磁力搅拌器 1台
钛酸丁脂 1瓶
无水乙醇 1瓶