二氧化钛光催化甲基橙分解

纳米TiO及其光催化性质研究 实验方案2意义背景：纳米Ti02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Ti02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Ti02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试纸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：（1）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O2和H2O与之作用便形成了很高活性的・O2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的关系为八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 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， 可引发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同时，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+H2O2h2o2+ • 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 完全无机化本实验通过检测甲基橙色度去除率进而检测二氧化钛的光催化活性甲基橙的 吸收光谱及离心液吸光度用UV751GD紫外/可见分光光度计测定分别测定光催化前后最大吸 收波长处的吸光度值，按下式计算甲基橙色度去除率D= & F xlOO%式中：A为甲基橙光降解前的吸光度值，A1为甲基橙光降解后的 吸光度值，通过D值可以得知一定条件下二氧化钛的光催化活性11)二氧化钛光催化甲基橙分解：①取甲基橙溶液50mL，用pH计测定其pH，并用温度计测定反应温度，用分析天平称取0.02g 自制的纳米级二氧化钛，磁力搅拌使之悬浮，在避光条件下用空气泵充气30min，之后移取5mL 该混合溶液于离心管中进行离心处理，此时开启紫外灯，每隔5min取5mL溶液于离心管中离 心，每次取少量上层清液用分光光度计进行分析，测定反应物的吸光度入反应时间/h00.511.522.5反应温度/ °C反应pH反应光强吸光度A0AiA2A3A4A5A0-AiAi-A（i+i）甲基橙浓度/(mol/L)C0ciC2C3C4C5C.-C.+i/(mol/L)橙色去除率②探究二氧化钛用量对光催化反应的影响：取三个干燥的小烧杯a、B、C, 分别加入同浓度的甲基橙溶液各50mL，用分析天平称取自制的二氧化钛0.02g. 0.04g和0.06g 分别于A、B、C中，其余处理同①，记录吸光度。

项目二氧化钛用量/g温度/C反应pH反应光强烧杯A烧杯B烧杯C0h去除率吸光度0.5h吸光度去除率1h吸光度去除率1.5h吸光度去除率2h吸光度去除率③探究溶液的酸度对光催化反应的影响：取三个干燥的小烧杯A、B、C，别加入同浓度的甲基橙溶液各50mL，向A中滴加2mL 3mol/L的盐酸，向B中滴加2mL蒸馏水，向C中滴加2mL 3mol/L的氢氧化钠溶液，之后向三个烧杯中各加入0.02g二氧化钛，其余处理同①，记录吸光度项目二氧化钛用量/g温度/C反应pH反应光强0h去除率吸光度0.5h吸光度去除率1h吸光度去除率1.5h吸光度去除率2h吸光度去除率烧杯A烧杯B烧杯C④探究紫外光强度对光催化反应的影响：取三个干燥的小烧杯a、B、C，分 别加入同浓度的甲基橙溶液各50mL，各加入0.02g自制的二氧化钛，然后对A烧杯不用紫外光 照射，对B烧杯用一定强度的紫外光处理，对C烧杯用更高强度的紫外光处理，其余处理同 ①，记录吸光度项目二氧化钛用量/g温度/C反应pH反应光强烧杯A烧杯B烧杯C0h去除率吸光度0.5h吸光度去除率1h吸光度去除率1.5h吸光度去除率2h吸光度去除率⑤探究外加氧化剂对光催化反应的影响：取三个干燥的小烧杯a、B、C，分别加入同浓度的甲基橙溶液各50mL，各加入0.02g自制的二氧化钛，然后在A烧杯中加入 1mL0.1mol/L过氧化氢溶液，在B烧杯中加入1mL0.1mol/L氯化钠溶液，在C烧杯中加入 1mL0.1mol/L的硫酸亚铁溶液，其余处理同①，记录吸光度。

项目二氧化钛用量/g加入物质反应pH反应光强0h去除率吸光度0.5h吸光度去除率1h吸光度去除率1.5h吸光度去除率2h吸光度去除率烧杯A1mL0.1mol/L过氧化氢溶液烧杯B1mL0.1mol/L氯化钠溶液比杯C1mL0.1mol/L的硫酸亚铁溶液。