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1、二氧化钛光催化试验方案指导老师:张慧课题组成员：王兴男、刘克峰、石侃 执笔人：刘克峰一、问题的提出（1）纳米TiO2由于具有高效、廉价、耐化学腐蚀以及高光催化活性、绿色环保等特点，所以TiO2光催化技术是当今探讨的热点。（2）大量探讨报道表明：纳米TiO2光催化技术对水体污染物如无机物、染料、农药、表面活性剂、含油废水、高分子聚合物等的降解有着明显的优势。据不完全统计，约有几十种模拟染料废水进行了脱色与矿化试验，可选择试验室现有的染料进行光催化降解试验，对比和考察制备的纳米TiO2催化剂的光催化活性。二、试验假设与理论依据1.试验假设国内外大量探讨表明，光催化法能有效地将烃类、卤代有机物、表面
2、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。因此，光催化技术具有在常温常压下进行，彻底消退有机污染物，无二次污染等优点。光催化技术的探讨涉及到原子物理、凝合态物理、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。通过该课题试验探讨，使本小组成员更好地了解到了光催化机理，从而结合本专业学问应用到实际生产生活中。加深对专业学问的探究和应用，使学生自觉地学习、自主地学习。2.理论依据光催化以半导体如TiO2,ZnO,CdS,WO3,SnO2,ZnS,SrTiO3等作催化剂，
3、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。TiO2是目前广泛探讨、效果较好的光催化剂之一。半导体之所以能作为催化剂，是由其自身的光电特性所确定的。半导体粒子含有能带结构，通常状况下是由一个充溢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。探讨证明，当pH=1时锐钛矿型TiO2的禁带宽度为3.2eV，半导体的光汲取阈值g与禁带宽度Eg的关系为l（nm）=1240/Eg(eV)当用能量等于或大于禁带宽度的光（388nm的近紫外光）照耀半导体光催化剂时，半导体价带上的电子汲取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
4、正电的光生空穴（h+）,形成光生电子-空穴对。空穴具有强氧化性；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。第一类是简洁的复合，假如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。其次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。TiO2e-+h+OH-+h+OHH2O+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+离子结合形成.OOH自由基：O2+e-+H+O2-+H+OOH2HOOO2+H2O2H2O2+O2OH+OH-+O2O2-+2H+H2O2此外OH,OOH和H2O2之间可以
5、相互转化H2O2+OHOOH+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。有机物在光催化体系中的反应属于自由基反应。甲基橙染料是一种常见的有机污染物，无挥发性，且具有相当高的抗干脆光分解和氧化的实力；其浓度可采纳分光光度法测定，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。依据已有试验分析，甲基橙是较难降解的有机物，因而以它作为探讨对象有肯定的代表性。三、试验目标1.科研目标通过纳米TiO2光催化降解有机物课题试验，探讨对水体污染物
6、如无机物、染料、农药、表面活性剂、含油废水、高分子聚合物等的降解功效2.育人目标为化工专业提高了一个良好的学生合作、自我动手、师生沟通的平台，使课题小组成员初步驾驭了二氧化钛光催化机理和试验方法。四、试验对象、方法及手段1.试验对象N-TiO2光催化剂、甲基橙溶液2.试验方法可见光光催化二氧化钛，降解甲基橙3.检测手段（数据统计）通过可见分光光度计测试甲基橙溶液波长为462nm处的汲取，并记录试验数据。五、试验原则试验过程坚持求真务实、实事求是的原则，坚决杜绝试验作假，编造试验数据。六、试验内容N-TiO2光催化剂的制备、光催化活性测试七、试验步骤1.打算阶段（2012年6月12日至2012年
7、6月13日）详细做法：打算试验仪器及用品：磁力搅拌器2台，抽滤装置一套，烘箱一台，高温炉一台，电子天平一台，秒表一个，移液枪一支，722型可见光分光光度计1台；可见光氙灯灯源1台(附420nm滤波片)；培育皿两套；甲基橙贮备液（15 mg/L），钛酸丁酯一瓶，氨水一瓶，蒸馏水。做好实施前各项打算，明确试验目的，清晰试验误差的所在，并尽量规避之。2.实施阶段（2012年6月13日起先）详细做法：（1）N-TiO2光催化剂的制备配制质量浓度为1%的氨水溶液100 ml，在强力搅拌下，向以上氨水溶液中加入钛酸正丁酯8 ml，接着搅拌1 h，过滤，洗涤，在100oC下干燥10 min。在500oC下处
8、理2 h，得到N-TiO2。（2）光催化活性测试取甲基橙溶液10 ml（15 mg L-1）分装在两个表面皿中，并分别加入0.1 g N-TiO2光催化剂，静置10min，以使固液两相达到吸附平衡，然后经离心分别，取上层清液测试其浓度。然后将样品置于可见光氙灯下光照。每隔2 min，取样4 ml（此时关掉光源），用离心机离心，然后再用可见分光光度计测试甲基橙溶液波长为462nm处的汲取，并记录试验数据。（3）数据记录与处理1、 设计试验数据表，记录温度。甲基橙初始的吸光度A0= 。 表11#：在无光催化剂作用下，甲基橙在光照下的状况2#：在N-TiO2光催化作用下，甲基橙在无光照下的状况3#：
9、在N-TiO2光催化作用下，甲基橙在光照下的状况反应时间/min0204060801001# (吸光度/A)1# Ln (C0/C)2# (吸光度/A)2# Ln (C0/C)3# (吸光度/A)3# Ln (C0/C)4#(吸光度/A)4#Ln（Co/C）纳米Ti02光催化降解甲基橙的反应是一级反应：即ln (C0/C) = kt明显，以浓度ln (C0/C)对时间t作图， 并由所得直线的斜率, 求出甲基橙降解的速率常数k(N-TiO2) = 。3.分析阶段对试验数据进行分析，总结试验结果。八、总结问题对试验中发觉的问题，及遇到的困难进行总结对比。参考文献：小木虫网中国知网知网空间二氧化钛光催化薄膜崔玉民，张文保，洪文珊 化学工业出版社 2011-7-1二氧化钛光催化技术崔玉民，陶栋梁，李慧泉 中国书籍出版社 2010-12
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