實驗二TiO2光催化降解甲基橙性能研究一、目的要求掌握確定反響級數的方法；測定甲基橙光催化降解反響速率常數和半衰期；了解光催化反響儀的以及可見分光光度計的使用方法。二、根本原理1972年Fujishima和Honda發現光照的TiO2單晶電極能分解水，推動了有機物和無機物光氧化復原反響的研究。1976年，Cary在近紫外光的照射下用二氧化鈦的懸濁液可使多氯聯苯脫氯，光催化反響逐漸成為人們關注的熱點之一。光催化法能有效地將烴類、鹵代有機物、外表活性劑、染料、農藥、酚類、芳烴類等有機污染物降解為相對環境友好的，等無機化，污染物中的原子、原子、原子和原子等那么分別轉化為，-，，，-等無機離子。光催化法具有能夠徹底消除有機污染物，無二次污染，且可在常溫常壓下進行等優點，因此在消除污染物的研究領域日趨活潑。光催化通常以半導體如，，，，，，，，，，，，，，，等作催化劑，其中具有價廉無毒、化學及物理穩定性好、耐光腐蝕、催化活性好等優點，是目前廣泛研究、效果較好的光催化劑。目前，納米的制備技術及在水和氣相有機、無機污染物的光催化去除等研究取得很大進展，是極具前途的環境污染深度凈化技術，在環境保護領域受到廣泛關注。半導體自身的光電特性決定其催化劑特性。半導體含有能帶結構，一般是由一個充滿電子的低能價帶和一個空的高能導帶構成，中間隔著禁帶。當半導體價帶上的電子吸收光能被激發到導帶，在導帶上產生帶負電的高活性光生電子〔〕，在價帶上留下空穴產生帶正電的光生空穴〔〕，形成光生電子-空穴對，研究證明，當pH=1時用能量等于或大于禁帶寬度的光〔λ<388nm的近紫外光〕照射銳鈦礦型半導體光催化劑時，空穴的能量為7.5eV，具有強氧化性；電子那么具有強復原性。當光生電子和空穴到達外表時，可發生兩類反響。第一類是簡單的復合，如果光生電子與空穴沒有被利用，那么會重新復合，使光能以熱能的形式散發掉第二類是電子和空穴在移動到外表后，分別和外表物質反響生成高活性的氧化自由基。主要的一些反響如下：此外，和之間可以相互轉化有機物即使是生物也難以降解的各種有機物，在光催化體系中利用高度活性的羥基自由基反響，被無選擇性地氧化成無機化合物。無機化合物？甲基橙染料無揮發性，是一種工業上常見的偶氮類染料。其分子式如下圖：圖1甲基橙分子結構圖1甲基橙分子結構實驗證明甲基橙是較難降解的有機污染物，具有相當高的抗直接光分解和氧化的能力；且其濃度可采用分光光度法測定，方法簡便，因而常被用做光催化反響的模型反響物。門鎖開關門鎖開關反響試管開關高壓汞燈按鈕光化學反響儀器光源冷卻水循環裝置圖2實驗裝置圖三、儀器試劑722型分光光度計1臺300W高壓汞燈1支光催化反響器1個充氣泵1個恒溫水浴1套磁力攪拌器1臺離心機1臺臺秤1臺秒表1塊10mL移液管1支20mL移液管1支500mL量筒1支吸耳球1個離心管7支甲基橙貯備液〔1000mg/L〕納米TiO2〔P25〕四、實驗步驟1、配置20mg/L甲基橙溶液。向500ml的容量瓶中參加10mL的1000mg/L的甲基橙貯備液，用水稀釋至刻度，配成20mg/L的甲基橙溶液。2、調整分光光度計零點翻開722型分光光度計電源開關，預熱至穩定。調節分光光度計的波長旋鈕至462nm。翻開比色槽蓋，即在光路斷開時，調節“0〞旋鈕，使透光率值為0.取一只1cm比色皿，參加參比溶液蒸餾水，擦干外外表〔光學玻璃面應用擦鏡紙擦拭〕，放入比色槽中，確保放蒸餾水的比色皿在光路上，將比色槽蓋合上，即光路通時，調節“100〞旋鈕使透光率值為100%。3、甲基橙光催化降解〔1〕每次取0.01g的催化劑放入光催化反響器，并參加50ml的20mg／L甲基橙水溶液，含催化劑的甲基橙水溶液首先在暗處預吸附30min，使甲基橙在催化劑的外表到達吸附/脫附平衡。〔2〕翻開光反響儀器的光源，選取300W高壓汞燈，波長設置為254nm。在磁力攪拌下，每隔5min取約5ml溶液，將所得樣品在XX轉速下離心別離5min去除催化劑，取上層清液測試。共測試30min。〔3〕采用721型紫外-可見分光光度計在最大吸收波長462nm處測試溶液的吸光度。根據吸光度與濃度的關系計算甲基橙的降解程度：Co為甲基橙的初始濃度，C為不同時刻所取得上層清夜的濃度。〔4〕同時取一份50ml不加TiO2催化劑的20mg/L甲基橙水溶液，在相同條件下進行空白實驗。步驟3的操作要點簡潔方框圖光反響儀300W，254nm催化反響光反響儀300W，254nm催化反響50ml，的甲基橙水溶液+0.01gTiO2光反響儀暗處預吸附30min每隔5min取5ml溶液每隔5min取5ml溶液離心別離取上層清液721型紫外-可見分光光度計，462nm，測吸光度五、數據處理1、將實驗數據列表，格式如下：室溫：大氣壓：表1甲基橙光催化降解實驗數據/min0510152025302、采用積分法中的作圖法，作關系圖，根據動力學相關知識，確定反響級數。3、由所得直線的斜率求出反響的速率常數。4、計算甲基橙光催化降解的半衰期。5、作圖，分析甲基橙的降解率與時間的關系。六、考前須知1.先開激光冷水機，再開光反響儀器的高壓汞燈，以免影響汞燈壽命。2.甲基橙的降解一般認為是一級反響，對于不同的降解物，動力學并不相同。3.離心別離時，一定要離心徹底，離心一次不夠的話，重復離心一次。保證清夜中不能有固體粉末。4.實驗溫度、攪拌速度等條件會影響催化效果，催