光催化試驗講義

1、光電催化降解水中甲基橙1實驗?zāi)康慕陙?，隨著印染工業(yè)的迅速發(fā)展，排放到水中的有害染料嚴(yán)重危害了人們的正常健康生活，為此，光催化及光電催化降解有機(jī)污染物技術(shù)備受關(guān)注，其優(yōu)點在于該反應(yīng)可以在溫和的條件下有效地降解污水中的低濃度污染物。通過本實驗，了解光催化-光電催化原理及裝置；認(rèn)識光催化及光電催降解水中有機(jī)物的性能。2光電催化原理光電催化技術(shù)是從半導(dǎo)體光催化氧化技術(shù)衍生發(fā)展而來得一項深度氧化技術(shù)。當(dāng)入射光照射到光催化劑表面時，電子從價態(tài)躍遷至導(dǎo)帶，從而在其表面形成電子空穴對。具光生空穴氧化性很強(qiáng)，幾乎可以氧化所有的有機(jī)基團(tuán)，使其完全分解，成為無害物質(zhì)。大多數(shù)光催化反應(yīng)是直接或間接的利用空穴的氧化能

2、?？昭ㄅc吸附在光催化劑表面上的OH-或H2O形成羥基自由基。其反應(yīng)原理如下：光催化劑+hv-光催化劑-屋+光催化劑-h+(1)光催化劑-h+H2O-光催化劑-HO-+H+(2)光催化劑-h+OH光催化劑-HO,(3)O2+e-O2(4)O2+H+fHO2-(5)根據(jù)光催化反應(yīng)機(jī)理，光催化化學(xué)反應(yīng)步驟包括：（1）光催化劑受光子激發(fā)后產(chǎn)生載流子-光生電子，空穴；（2）載流子之間發(fā)生復(fù)合反應(yīng)，并以熱或光能的形式將能量釋放；（3）由價帶空穴誘發(fā)氧化反應(yīng)；（4）由導(dǎo)帶電子誘發(fā)還原反應(yīng)；（5）發(fā)生進(jìn)一步的熱反應(yīng)或催化反應(yīng)；（6）捕獲導(dǎo)帶電子生成光催化劑-h+;（7）捕獲價帶空穴生成光催化劑-HO基團(tuán)。光催

3、化中存在比較明顯的問題，光催化劑受到光照射后產(chǎn)生的電子-空穴對復(fù)合概率較大，因而光子利用效率較低，光催化活性不高。為了解決以上不足，將光催化劑粉末固定在導(dǎo)電的金屬上，同時，將固定后的催化劑作為工作電極，采用外加恒電流或恒電位的方法迫使光致電子向?qū)﹄姌O方向移動，從而與光致空穴發(fā)生分離。這種方法稱為光電催化方法。光電催化技術(shù)能夠減少電子空穴對的復(fù)合幾率，達(dá)到了提高光催化效率的目的。3實驗的方法和步驟實驗裝置示意圖如下。以TiO2/ITO或ITO玻璃為工作電極，Pt片為輔助電極，Ag/AgCl為參比電極構(gòu)成三電極光催化反應(yīng)體系，置于反應(yīng)槽中。反應(yīng)槽有效容積500ml,相對工作電極的一面為石英玻璃，供

4、紫外光透過，光源距工作電極約9cm。本實驗中固定光輻照強(qiáng)度不變，即固定光源位置不變。外加偏壓通過電化學(xué)工作站完成。甲基橙模擬廢水體積為400ml,調(diào)節(jié)pH值約為2,室溫,偏壓2V。充分?jǐn)嚢?0min后開啟光源。每隔30分鐘取樣3ml,共取樣4次。樣品加入到比色皿，采用256-MC紫外-可見分光光度計測定甲基橙溶液降解過程的吸光度變化，記錄實驗數(shù)據(jù)。在酸性甲基橙最大吸收波長處（464nm）測定其吸光度，以甲基橙溶液的降解率（表征降解反應(yīng)?！币韵率接嬎悖褐校–o-Ct）/CoX100%式中：Co為起始時刻（to）溶液的濃度；Ct為反應(yīng)時間t時溶液的濃度。potentiostat4實驗數(shù)據(jù)處理（1）數(shù)據(jù)記錄序號取樣時間min吸光度甲基橙濃度20mg/l降解率41