光催化試驗講義

1、光電催化降解水中甲基橙1實驗目的近年來，隨著印染工業(yè)的迅速發(fā)展，排放到水中的有害染料嚴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污染物技術備受關注，其優(yōu)點在于該反應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；認識光催化及光電催降解水中有機物的性能。2光電催化原理光電催化技術是從半導體光催化氧化技術衍生發(fā)展而來得一項深度氧化技術。當入射光照射到光催化劑表面時，電子從價態(tài)躍遷至導帶，從而在其表面形成電子空穴對。具光生空穴氧化性很強，幾乎可以氧化所有的有機基團，使其完全分解，成為無害物質(zhì)。大多數(shù)光催化反應是直接或間接的利用空穴的氧化能

2、。空穴與吸附在光催化劑表面上的OH-或H2O形成羥基自由基。其反應原理如下：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)光催化反應機理，光催化化學反應步驟包括：（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)生復合反應，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；（4）由導帶電子誘發(fā)還原反應；（5）發(fā)生進一步的熱反應或催化反應；（6）捕獲導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。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。光電催化技術能夠減少電子空穴對的復合幾率，達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為參比電極構成三電極光催化反應體系，置于反應槽中。反應槽有效容積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度不變，即固定光源位置不變。外加偏壓通過電化學工作站完成。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。充分攪拌30min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?！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