光催化试验讲义

1、光电催化降解水中甲基橙1 实验目的近年来，随着印染工业的迅速发展，排放到水中的有害染料严重危害了人们 的正常健康生活,为此，光催化及光电催化降解有机污染物技术备受关注 ，其优 点在于该反应可以在温和的条件下有效地降解污水中的低浓度污染物。通过本实验，了解光催化-光电催化原理及装置；认识光催化及光电催降解 水中有机物的性能。2 光电催化原理光电催化技术是从半导体光催化氧化技术衍生发展而来得一项深度氧化技术。当入射光照射到光催化剂表面时， 电子从价态跃迁至导带，从而在其表面形 成电子空穴对。其光生空穴氧化性很强，几乎可以氧化所有的有机基团，使其完 全分解，成为无害物质。大多数光催化反应是直接或间接

2、的利用空穴的氧化能。空穴与吸附在光催化剂表面上的 OH -或 H2O形成羟基自由基。其反应原理如下：光催化剂+ hv-光催化剂-e+光催化剂-h+(1)光催化剂-h+ H2O光催化剂-HO - + H+(2)光催化剂-h+ OH -光催化剂-HO -(3)。2+ e r O2(4)O2+ H+HO2 -(5)根据光催化反应机理，光催化化学反应步骤包括：（1）光催化剂受光子激 发后产生载流子-光生电子，空穴;（2）载流子之间发生复合反应，并以热或光 能的形式将能量释放；（3）由价带空穴诱发氧化反应；（4）由导带电子诱发还 原反应；（5）发生进一步的热反应或催化反应；（6）捕获导带电子生成光催化

3、剂-h+; （7）捕获价带空穴生成光催化剂-HO 基团。光催化中存在比较明显的问题，光催化剂受到光照射后产生的电子-空穴对复合概率较大，因而光子利用效率较低，光催化活性不高。为了解决以上不足， 将光催化剂粉末固定在导电的金届上，同时，将固定后的催化剂作为工作电极， 采用外加恒电流或恒电位的方法迫使光致电子向对电极方向移动，从而与光致空穴发生分离。这种方法称为光电催化方法。光电催化技术能够减少电子空穴对的 复合几率，达到了提高光催化效率的目的。3 实验的方法和步骤实验装置示意图如下。以 TiO2/ITO或 ITO玻璃为工作电极，Pt 片为辅助电 极，Ag/AgCl 为参比电极构成三电极光催化反应

4、体系，置丁反应槽中。反应槽有 效容积500ml ,相对工作电极的一面为石英玻璃，供紫外光透过，光源距工作 电极约 9cm。本实验中固定光辐照强度不变，即固定光源位置不变。外加偏压通过电化学工作站完成。甲基橙模拟废水体积为400ml，调节 pH 值约为 2,室温,偏压 2V。充分搅拌 30min 后开启光源。每隔 30分钟取样 3ml，共取样 4 次。样 品加入到比色血，采用 256-MC 紫外-可见分光光度计测定甲基橙溶液降解过程 的吸光度变化，记录实验数据。在酸性甲基橙最大吸收波长处(464nm)测定其吸光度，以甲基橙溶液的降解 率 表征降解反应。可以下式计算：午(Co- Ct) /COX100 %式中:Co为起始时刻(to)溶液的浓度；Ct为反应时间 t 时溶液的浓度。4 实验数据处理(1)数据记录序号取样时间min吸光度甲基橙浓度20mg/l降解率