光催化降解甲基橙实验.doc

光催化降解甲基橙实验.doc:..光催化降解甲基橙实验一、实验冃的1、 了解TiO2光催化的基本原理;2、 了解TiO2光催化降解中基橙的影响因素如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T基橙的浓度。二、实验原理(-)甲基橙性质甲基橙(MethylOrange:M0)别名金莲橙D,又名对二甲基氨基偶氮苯横酸钠。甲基橙为红色鱗状品体或粉末,微溶丁•水,不溶下乙醇。甲基橙的变色范闱:pH<,pH〉,〜。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。巾于甲基橙分子结构屮含有偶氮基(一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氣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。丁102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,一般巾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屮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:Xg=1240/Eg(eV),。,TiO2价带上的电子(e9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+//v^hb+e_ (1-1)光生空穴(h+)是一种强氧化剂(Evb=),可将吸附在TiO2颗粒表面的0H"和H20分子氧化成•OH自巾基,DH能够氧化相邻的有机物,亦可扩散到液相屮氣化有机物:H2O+hb->OH+Ht (1-2)OH+h+->OH (1-3)导带电子(e")是一种强还原剂(Ecb=-),它能与表面吸附的氧分子发生反应,产生,02_超氧离子自由基以及OOH自由基。O2+e->02_ (1-4)H2O+O2OOH+OH- (1-5)2OOH->O2+H2O2 (1-6)H2O2+e•呼OH+OPT (1-7)H2O2+Of->OH+OH" (1-8)上述反应过程屮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宥机物,使之完全矿化成H2O、CO2等无机小分子。图1-1TiO2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极速率可用Langmuir-Hinshelwood动力学方程式来描述:r=々KC/(1+KC) (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而反应速率常数。低浓度时,KC«1,则上式可以简化为:r=々KC=K'C (1-10)即在一定范围内,反皮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吋,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