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：
TiO2 + hν → h+ + e- （1-1）
光生空穴（h+）是一种强氧化剂（EVB =3.1V)，可将吸附在TiO2颗粒表面的
OH- 和H2O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：
H2O + h+ → ·OH + H+ （1-2）
OH- + h
+
→ ·OH （1-3）
导带电子（e-）是一种强还原剂（ECB = -0.12V），它能与表面吸附的氧分子
发生反应，产生·O2-超氧离子自由基以及·OOH自由基。
O2 + e- → ·O2- （1-4）
H2O + ·O2- → ·OOH + OH- （1-5）
2·OOH → O
2 + H2O2
（1-6）
H2O2 + e- →·OH + OH- （1-7）
H2O2 + ·O2- → ·OH + OH- （1-8）
上述反应过程中产生的活性氧化物种如：·OH、·O2-、·HOO、H2O2等，可
以氧化包括难生物降解化合物在内的众多有机物，使之完全矿化成H2O、CO
2
等无机小分子。
图1-1 TiO2光催化反应机理图
（三）光催化降解甲基橙的影响因素
（1）溶液初始浓度
光催化氧化的反应速率可用 Langmuir-Hinshelwood 动力学方程式来描述：
r = k K C / ( 1 + K C ) （1-9）
式中 r ——反应速率；
C ——反应物浓度；
K ——表观吸附平衡常数；
k ——发生于光催化活性位置的表面反应速率常数。
低浓度时，KC<<1，则上式可以简化为：
r = k K C＝K′C （1-10）
即在一定范围内，反应速率与溶质浓度成正比，初始浓度越高，降解速率越大；
但是当初始浓度超过一定范围时，反应速率有可能随着浓度的升高而降低。因此，
溶液的初始浓度应控制在一定的范围内。
（2）催化剂用量
在一定强度紫外光照射下TiO2粒子被激发，继而在光催化体系中产生羟基
h+
·O2-
hν
CB
H2O OH-
·OH
VB
H2O
e-
O2
TiO2
自由基等系列活性氧化物种，因此较多量的TiO2必然能产生较多的活性物种来
加快反应进程，从而提高降解效率，可是当催化剂超过一定量时反应速率不再增
加。这是因为过多的TiO2粉末会造成光的透射率降低及发生光散射现象，所以
进行光催化降解反应时有必要选择一个最佳的催化剂加入量。
三、实验试剂、材料
1、甲基橙
2、TiO2（P25）
3、1L容量瓶 3个
4、1L烧杯 3个
5、石英反应器 2个
6、50ml移液管 2支
7、10ml移液管 2支
8、玻璃比色皿 1个
9、搅拌子 2颗
10、10 ml比色管 5支
11、10 ml一次性注射器 若干
12、10mL离心管 10支
四、实验步骤
1、1 g/L甲基橙储备液的配制：
称取0.5 g甲基橙溶于水中，转移到500 mL容量瓶中，定容、摇匀，得到1
g/L的甲基橙溶液。
2、20 mg/L甲基橙反应液的配制：
取1 g/L甲基橙储备液20 mL于1 L容量瓶中定容，得到20 mg/L的甲基橙
溶液，用HCl和NaOH调节甲基橙的pH至3左右。
3、光催化反应实验：
（1）直接光解和TiO2光催化降解甲基橙的对比：
取两个反应器，编号为A、B。
A的条件：用量筒量取20 mg/L的甲基橙150 mL，倒入A反应器中，不加
TiO2，放入一颗搅拌子；
B的条件：用量筒量取20 mg/L的甲基橙150 mL，倒入B反应器中，加入
0.2 g TiO2。
（2）将两反应器放入光反应装置中，接通冷凝水，打开紫外灯进行光催化
实验。
（3）分别于0 min、10 min、20 min、30 min、40min和50min取样，用一
次性注射器（或移液管）取样10 mL于离心管中，测定甲基橙吸光度。
4、甲基橙浓度的测定
采用722分光光度计在波长为466 nm下测定甲基橙的吸光度。
（1）甲基橙标准曲线的绘制
取5支10 ml比色管，用10 mL移液管分别移取20 mg/L甲基橙溶液0、2.5、
5、7.5、10 ml于比色管中，制得浓度为0、5、10、15、20 mg/L的甲基橙标准
曲线，绘制吸光度对浓度的标准曲线。
（2）样品浓度的测定
取出的样品在8000 r/min转速下离心5 min，在466 nm波长处测定样品的吸
光度，根据标准曲线计算甲基橙的浓度值，按下式计算甲基橙的去除率。
式中：C0—甲基橙溶液的初始浓度；Ct—甲基橙溶液t时刻的浓度
五、数据记录及分析
1、甲基橙溶液标准曲线数据填入表1中，样品吸光度值数据填入表2。
表1 甲基橙标准曲线数据记录表
浓度（mg/L）
0 5 10 15 20
吸光度
0.000 0.371 0.692 1.029 1.350
图表标题
y = 0.0672x + 0.0168
R2 = 0.9993
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
0510152025
吸光度
线性 (吸光度)
表2 甲基橙吸光度测定记录表
编号
0 min 10 min 20min 30 min 40 min 50min
A
1.347 1.295 1.293 1.219 1.200 1.173
B 1.759 1.590 1.187 0.999 0.989 0.924
甲基橙吸光度测定图表
0
0.5
1
1.5
2
0 min10 min20min30 min40 min50min
A
B
甲基橙浓度记录表
编号 0min 10min 20min 30min 40min 50min
A 19.79 19.02 18.99 17.89 17.61 17.21
B 25.93 23.41 17.41 14.62 14.47 13.50
0
5
10
15
20
25
30
0102030405060
A
B
2、绘制A、B实验条件下甲基橙浓度随时间的变化关系图，并加以分析。
答：A,B溶液随着时间的增加，甲基橙浓度都逐渐降低，但是B中加了二氧化钛
之后的溶液，甲基橙浓度下降速度较快，而且最后的甲基橙浓度低于A中的，
故此说明二氧化钛作为光催化剂，在紫外光照射下，能够能产生较强的氧化能力，
来氧化难生物降解化合物。
3、冷凝水连接需要注意什么？
答：应该注意水由反应器A(或B)下端流进，再将反应器A(或B)的上端出水口
接到反应器B(或A)的下端，最后由反应器B（或A)的上端流出。而且冷凝水的
流速不宜过快。
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。
氮掺杂TiO2光催化降解甲基橙染料废水的试验研究
氮掺杂TiO2光催化降解甲基橙染料废水的试验研究夏 勇1,2,鲁立强1,2,沈 翔1,2(1.中国地质大学教育部纳米矿物材料及应用工程研究中心,武汉430074;2.中国地质大学材料科学与化学工程学院,武汉430074)摘 要:采用溶胶2凝胶法以尿素为氮源制备了氮掺杂锐钛矿型纳米TiO2光催化剂(TEM像图显示制备的样品的平均粒径在20nm左右,UV2vis漫反射分析表明氮掺杂使催化剂的吸收带边红移至550nm的可见光区域),以氙灯为辐照光源,用自制光催化反应器降解甲基橙染料溶液,研究了催化剂用量、染料初始浓度和环境p H值变化对甲基橙降解率的影响,同时考察了催化剂在太阳光下的光催化活性,结果表明:当催化剂用量为2g/L、溶液p H 值为2.74时,初始浓度为10mg/L的甲基橙在氙灯光照45min后降解率达100%;自然光照120min后降解率为95.4%。
关键词:氮掺杂TiO2;光催化;甲基橙染料废水;降解率中图分类号:X703.1 文献标识码:A 文章编号:167121556(2010)022*******Photocatalytic Degradation of Methyl OrangeW aste w ater with Nitrogen2doped TiO2XIA Y ong1,2,L U Li2qiang1,2,SH EN Xiang1,2(1.Engineering Research Center of N ano2geomaterials of Ministry of Education,China University of Geosciences,W uhan430074,China;2.College of M aterial Science&Chemical Engineering,China University of Geosciences,W uhan430074,China)Abstract:The N2doped TiO2p hotocatalyst s were p repared by t he sol2gel met hod wit h urea as t he nit rogen source.The TEM analysis shows t hat t he average grain size of N/TiO2is about20nm.The UV-vis diff use reflectance spect rum indicates t hat t he absorption edge of N/TiO2shift s to550nm.The degradation of met hyl orange(MO)was investigated in a self2made p hotoreactor wit h Xenon lamp as t he irradiation source.The effect of t he initial concent ration of MO,catalyst dosage and p H value on MO degradation was st udied.The catalytic activities of p hotocatalyst s under sunlight irradiation were also investigated.In t he condition of TiO2dosage of2g/L and p H of2.74,t he MO aqueous solution wit h initial concent ration of10 mg/L reaches a degradation efficiency of100%,wit h Xenon2light irradiation for45minutes.The degrada2 tion efficiency of sunlight irradiation is95.4%for120minutes.K ey w ords:nit rogen2doped TiO2;p hotocatalysis;met hyl orange wastewater;degradation efficiency0 引 言我国染料工业具有小批量、多品种的特点,废水间断性排放、水质水量变化范围大,废水组分复杂、毒性大、浓度较高,废水中的有机组分大多以芳烃及杂环化合物为母体,并带有显色基团(如2N=N2、2N=O)及极性基团(如2SO3Na、2O H、2N H2),严重危害着生态环境。
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，
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。
光催化的实验报告
一、实验目的1. 了解光催化反应的基本原理和实验方法。
2. 掌握TiO2光催化剂的制备及其光催化活性评价。
3. 研究不同光源对光催化反应的影响。
4. 分析光催化反应过程中反应物和产物的变化。
二、实验原理光催化反应是利用光能激发半导体材料产生电子-空穴对，从而实现有机物降解的过程。
本实验采用TiO2作为光催化剂，通过紫外光照射，使TiO2表面产生电子-空穴对，进而催化有机污染物降解。
三、实验材料与仪器1. 实验材料：甲基橙、TiO2、乙醇、无水乙醇、盐酸、蒸馏水等。
2. 实验仪器：紫外可见分光光度计、光反应器、磁力搅拌器、烧杯、移液管、锥形瓶、滴定管等。
四、实验步骤1. TiO2光催化剂的制备：将TiO2粉末与无水乙醇按质量比1:10混合，超声分散30分钟，然后置于60℃水浴中搅拌反应2小时，冷却后过滤、洗涤、干燥，得到TiO2光催化剂。
2. 光催化反应：将一定量的甲基橙溶液置于光反应器中，加入一定量的TiO2光催化剂，在紫外光照射下反应一定时间，每隔一段时间取样，测定甲基橙的吸光度。
3. 光催化活性评价：分别以紫外光、可见光和黑暗条件下进行光催化反应，比较不同光源对光催化反应的影响。
4. 反应物和产物分析：通过紫外可见分光光度计测定甲基橙和反应产物的吸光度，分析光催化反应过程中反应物和产物的变化。
五、实验结果与分析1. 光催化反应速率：随着反应时间的延长，甲基橙的吸光度逐渐降低，说明TiO2光催化剂对甲基橙具有光催化降解作用。
2. 不同光源对光催化反应的影响：紫外光照射下，甲基橙的降解速率明显快于可见光和黑暗条件，说明紫外光对光催化反应具有促进作用。
3. 反应物和产物分析：紫外光照射下，甲基橙的降解产物主要为CO2、H2O和少量有机酸，表明TiO2光催化剂对甲基橙具有高效降解作用。
六、实验结论1. TiO2光催化剂对甲基橙具有高效光催化降解作用。
2. 紫外光照射可显著提高TiO2光催化剂的光催化活性。
tio2光催化降解甲基橙性能的研究
tio2光催化降解甲基橙性能的研究今天，在环境污染日益严重的时代，利用光催化降解有机污染物是一种有效而可持续的技术。
Titania(TiO2)是一种有效的光催化剂，其在许多化学反应中表现出很高的活性。
近年来，越来越多的研究表明，TiO2催化降解甲基橙有着非常好的性能，可以有效地降低对环境的污染。
本文将讨论TiO2光催化降解甲基橙的研究进展，论述其机理、影响因素、活性和可持续性，以及未来的发展方向。
首先，TiO2是一种常用的光催化剂，它具有低成本、良好的光生物学性能和空气活性。
它可以直接将光能变为化学能，从而起到降解有机污染物的作用。
对于甲基橙来说，它可以通过TiO2的视紫外线激发而产生一系列的氧化物，从而降解甲基橙。
此外，TiO2光催化降解甲基橙的机理也是非常复杂的，可以分为光解、隧道效应和位错效应三个步骤。
其中，光解是由于TiO2的视紫外辐射能量和甲基橙的吸收引起的，从而产生氧，位错效应是由于TiO2失去氢离子和产生酸引起的，最后，隧道效应是由于TiO2离子和甲基橙离子间的作用而产生的。
此外，TiO2光催化降解甲基橙还受到一系列外部因素的影响，如催化剂量、反应温度、反应pH值、反应时间等。
这些参数的变化将影响TiO2光催化分解甲基橙的活性，因此，应该对这些参数进行优化，以提高光催化效率。
此外，TiO2光催化降解甲基橙还具有良好的可持续性，它可以通过再生TiO2来减少TiO2的消耗，从而降低生产成本。
此外，TiO2光催化降解甲基橙还可以通过可再生能源来提供能量，减少对传统能源的消耗。
最后，TiO2光催化降解甲基橙具有良好的应用前景，未来的研究应该集中在催化剂的制备、降解机理的研究以及可再生化学传输和储存技术的研究等方面。
同时，研究人员也应该努力开发更为有效和全面的TiO2光催化技术，以应对新一代技术的挑战。
综上所述，TiO2光催化降解甲基橙的研究正在取得突破性进展，由于其有效的降解性能、可持续性和未来的发展前景，它在解决水污染治理及治理空气污染方面具有广阔的应用前景。
磺化酞菁钴光催化降解甲基橙染料的试验研究
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一
７２ ２０型可 见光 分光光 度计 （ 京瑞 利 仪器 分析公 北
司 ， 字式 ｐ 计 （ 海 理达 仪 器 厂 ） Ｂ １４ 数 Ｈ 上 ， Ｓ ２ Ｓ电子
半数 以上 。因此解 决 偶氮 染 料废 水 的净 化 问题 ， 对
于解决 整个染料工 业废水 的净化具 有重要 的意义 。
天平 （ 北京赛 多利斯 仪器 系统有 限公司 ） 。
磺化 酞菁 钴 光催化 降解 甲基橙 染料 的试 验研 究
卓志美， 志勇 赵
（ 江 市水 业 总 公 司， 镇 江苏 镇 江 ２ ２０ ） １０ １
摘
要 ： 对 难 降 解 的偶 氮染 料废 水 ， 以磺 化 酞菁 钴 Ｃ ＰＳ为 催 化 剂 的 情 况 下 ， 针 在 ｏｅ 实验研 究 了催 化 剂 浓 度 、 照 光
罗丹 明 Ｂ（ 析 纯 ） 盐 酸 （ 学纯 ） 氢 氧化 钠 分 ； 化 ；
本文以磺化酞菁钴为催化剂来降解 以甲基橙为 溶液 （ 析纯 ） 磺化 酞菁钴 （ 分 ； 自制 ） 。 代表的偶氮染料 废水 ， 究 了 ｐ 研 Ｈ值 、 化剂 用量 、 催 甲 １２ 甲基 橙 降解率 算法 ． 基橙初始浓度 、 曝气 量等 对 甲基橙 去除效 果 的影 响 ， 甲基 橙是 偶氮 染 料 ， 的紫外 一可 见 吸 收光谱 它
ｗ ｓ１ ＃ Ｌ ｔｅｄｇａ ａ ｏ ｅ ｙ ｒｎｅｃｎｅｔ ９ ． ０ ｗｔ ｎ３ ｉ． ｅｓｑ ｅｃ ｆ ｉ ａ ０ｍ ， ｅｒｄ ｔ ｎｏ ｍ ｔ ｌ ａｇ ａｌ １４ ％ ｉ ０ｍ ｎ ｔ ｕ ｎｅｏ ｍｃ ｆ ｃｆｃｏ ａ ，Ｈ ｈ ｉ ｆ ｈ ｏ ｏ ｉ ｈ ｈ ｅ ｓ 蚰ｔ ｅ ｔａｔｒ ｓ ｐ ｅ ｗ ＿ ｖｌｅ＞ ｉｉａ ｏ ｃｎｒｔ ｎｏ ｔ ｅａ ｒ） ａａ ｓ ｃｎ ｅｔ ｔ ｎ Ｔ ｅｒａ ｔ ｎＷ Ｓ ｎａｃｒａｃ ｉ ｅｏ ｒｅ ｉｅ— ａｕ ｎ ｉ ｃｎ ｅ ｔ ｉ ｆ ｔ ｌ ａ ｏ ＭＯ）ｅ ｒｔ ｅ ｃｔｌ ｔ ｏ ｃｎｒ ｉ ． ｈ ｃｉ ａ ｃｏｄ ｎ ｅ ｔ ｚｒ —ｏｄ ｒ ｎｔ ｍｐ ｕ ｙ ａｏ ｅ ｏ ｉ ｗｈ ｋ
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