文档介绍：光催化降解染料***橙
一、目的要求
掌握确定反应级数的原理和方法;
测定***橙光催化降解反应速率常数和半衰期;
了解可见光分光光度计的构造、工作原理、掌握分光光度计的使用方法。
二、实验原理
国内外大量研究表明,光催化法能有效地将烃类、卤代有机物、表面活性剂、染料、农药、酚类、芳烃类等有机污染物降解,最终无机化为CO2 H2O,而污染物中含有的卤原子、硫原子、磷原子和氮原子等则分别转化为X-,SO42-,PO43-,PO43-,NH4+,NO3-等离子。因此,光催化技术具有在常温常压下进行,彻底消除有机污染物,无二次污染等优点。
光催化技术的研究涉及到原子物理、凝聚态物理、胶体化学、化学反应动力学、催化材料、光化学和环境化学等多个学科,因此多相光催化科技是集这些学科于一体的多种学科交叉汇合而成的一门新兴的科学。
光催化以半导体如TiO2,ZnO,CdS,Fe2O3,WO3,SnO2,ZnS,SrTiO3,CdSe,CdTe,In2O3,FeS2,GaAs,GaP,SiC,MoS2等作催化剂,其中TiO2具有价廉无毒、化学及物理稳定性好、耐光腐蚀、催化活性好等优点,帮TiO2是目前广泛研究、效果较好的光催化剂。
半导体之所以能作为催化剂,是由其自身的光电特性所决定的。半导体粒子含有能带结构,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。研究证明,当pH=,半导体的光吸收阈值λg与禁带宽度Eg的关系为
Λg(nm)=1240/Eg(eV)
当用能量等于或大于禁带宽度的光(λ<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。 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,可发生两类反应。第一类是简单的复合,如果光生电子与空穴没有被利用,则会重新复合,使光能以热能的形式散发掉
e-+h+==N+energy(hv’<hv or heat)
第二类是发生一系列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
另一方面,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+:
O2+e-+H+→·O2-+H+→·OOH
2HOO·→O2+H2O2
H2O2+·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
。有机物在光催化体系中的反应属于自由基反应。
四基橙染料是一种常见的有机污染物,无挥发性,且具有相当高的抗直接光分解和氧化的能力;其浓度可采用分光光度法测定,方法简便,常被用做光催化反应的模型反应物。四基橙的分子式如图1所示:
从结构上看,它属于偶氮染料,这类染料是染料各类中最多的一种,约占全部染料的50%左右。根据已有实验分析,***橙是较难