掺锑二氧化锡电极光电催化降解甲基橙的研究

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氮掺杂TiO2光催化降解甲基橙染料废水的试验研究

氮掺杂TiO2光催化降解甲基橙染料废水的试验研究

氮掺杂TiO2光催化降解甲基橙染料废水的试验研究夏 勇1,2,鲁立强1,2,沈 翔1,2(1.中国地质大学教育部纳米矿物材料及应用工程研究中心,武汉430074;2.中国地质大学材料科学与化学工程学院,武汉430074)摘 要:采用溶胶2凝胶法以尿素为氮源制备了氮掺杂锐钛矿型纳米TiO2光催化剂(TEM像图显示制备的样品的平均粒径在20nm左右,UV2vis漫反射分析表明氮掺杂使催化剂的吸收带边红移至550nm的可见光区域),以氙灯为辐照光源,用自制光催化反应器降解甲基橙染料溶液,研究了催化剂用量、染料初始浓度和环境p H值变化对甲基橙降解率的影响,同时考察了催化剂在太阳光下的光催化活性,结果表明:当催化剂用量为2g/L、溶液p H 值为2.74时,初始浓度为10mg/L的甲基橙在氙灯光照45min后降解率达100%;自然光照120min后降解率为95.4%。

关键词:氮掺杂TiO2;光催化;甲基橙染料废水;降解率中图分类号:X703.1 文献标识码:A 文章编号:167121556(2010)022*******Photocatalytic Degradation of Methyl OrangeW aste w ater with Nitrogen2doped TiO2XIA Y ong1,2,L U Li2qiang1,2,SH EN Xiang1,2(1.Engineering Research Center of N ano2geomaterials of Ministry of Education,China University of Geosciences,W uhan430074,China;2.College of M aterial Science&Chemical Engineering,China University of Geosciences,W uhan430074,China)Abstract:The N2doped TiO2p hotocatalyst s were p repared by t he sol2gel met hod wit h urea as t he nit rogen source.The TEM analysis shows t hat t he average grain size of N/TiO2is about20nm.The UV-vis diff use reflectance spect rum indicates t hat t he absorption edge of N/TiO2shift s to550nm.The degradation of met hyl orange(MO)was investigated in a self2made p hotoreactor wit h Xenon lamp as t he irradiation source.The effect of t he initial concent ration of MO,catalyst dosage and p H value on MO degradation was st udied.The catalytic activities of p hotocatalyst s under sunlight irradiation were also investigated.In t he condition of TiO2dosage of2g/L and p H of2.74,t he MO aqueous solution wit h initial concent ration of10 mg/L reaches a degradation efficiency of100%,wit h Xenon2light irradiation for45minutes.The degrada2 tion efficiency of sunlight irradiation is95.4%for120minutes.K ey w ords:nit rogen2doped TiO2;p hotocatalysis;met hyl orange wastewater;degradation efficiency0 引 言我国染料工业具有小批量、多品种的特点,废水间断性排放、水质水量变化范围大,废水组分复杂、毒性大、浓度较高,废水中的有机组分大多以芳烃及杂环化合物为母体,并带有显色基团(如2N=N2、2N=O)及极性基团(如2SO3Na、2O H、2N H2),严重危害着生态环境。

TiO2光催化氧化降解甲基橙的研究进展

TiO2光催化氧化降解甲基橙的研究进展

TiO2光催化氧化降解甲基橙的研究进展[摘要] 水污染问题尤其是高毒性难降解的染料废水污染问题已经成为人们关注的热点。

水溶性偶氮染料是印染业污染治理的主要对象,该类物质不仅色度高,而且难以降解。

甲基橙是典型的偶氮染料,本文主要就以TiO2光催化降解甲基橙的研究现状进行了综述。

[关键词]TiO2甲基橙光催化氧化[Abstract] The problem of water polution especially the dye wastewater with high toxic and difficult degradation is attracting more and more attentions.Water-solube azo dyes not only with high chroma but degradate very difficultly ,which has became the main project of deal polution in dying industry.MO is the typical azo dye.In this paper,the present research about photocatalytic degradation MO with TiO2 are reviewed.[Keywords] TiO2Methyl Orangephotocatalytic oxidation染料废水主要来源于染料及染料中间体生产行业,是由各种产品和中间体结晶母液、生产过程中流失的物料及冲刷地面的污水等组成[1]。

染料废水具有成分复杂、色度高、排放量高、毒性大、可生化性差的特点。

偶氮染料是印染行业中最常用的染料之一,占染料总使用量的50%左右[2],具有很大的生物毒性,严重污染了环境,因此染料废水一直是废水处理中的难题。

甲基橙是典型的偶氮染料,其水溶液具有染料废水的典型特征,不仅色度高,而且难以降解,故实验室常用甲基橙作为模型反应物研究如何有效的进行废水处理。

掺锑二氧化锡电极的制备及对环丙沙星的降解

掺锑二氧化锡电极的制备及对环丙沙星的降解

掺锑二氧化锡电极的制备及对环丙沙星的降解作者:慕彦光来源:《科学大众》2018年第12期摘; ;要:文章采用热分解法制备了掺锑二氧化锡电极,采用扫描电子显微镜与X射线衍射仪对电极进行了表征。

使用制备的电极对环丙沙星进行了电催化降解,结果表明,电流密度为10 mA/cm2时,140 min可将100 mL溶液中20 mg/L的环丙沙星去除完全,速率常数达0.027 min-1。

关键词:掺锑二氧化锡;电催化;环丙沙星滥用抗生素造成了环境污染,威胁了生态环境[1]。

第三代氟喹诺酮类抗生素环丙沙星使用广泛,近年来被频繁检出[2],因此,处理水体环境中的有机污染物尤其是抗生素类污染物显得十分有必要。

但是,传统的工艺难以去除水中的环丙沙星[3]。

电催化氧化法高效、低成本、环境友好,引起了广泛关注,而优异的电极材料是关键[4]。

掺锑二氧化锡(SSO)电极因导电性好,析氧电位高,热稳定性及化学稳定性高而被用于废水处理领域,引起了广泛关注[5]。

文章采用热分解法制备掺锑二氧化锡电极,对电极的形貌和结构进行了表征,考察了电极的析氧电位,并使用该电极进行环丙沙星去除研究。

1; ; 实验部分1.1; 电极制备将钛板经打磨除油后,用10 wt%草酸刻蚀2 h,用超纯水冲洗干净。

掺锑二氧化锡电极制备方法。

将二水氯化亚锡、三氯化锑、盐酸、乙醇按摩尔比为9∶1∶20∶40配制成涂层溶液。

将钛板浸入并超声,取出后在红外线烤箱中烤干,在550 ℃马弗炉中热分解10 min,冷却后重复上述操作10次,最后,在马弗炉中550 ℃下热分解2 h,制成掺锑二氧化锡电极。

1.2; 电极表征分别用德国蔡司公司Sigma HD型扫描电子显微镜(加速电压5 kV)和德国Bruker D8 Advance型X射线衍射仪(Cu-Kα靶)对电极进行表征。

1.3; 析氧电位测试用CHI604E电化学工作站测试线性扫描曲线来考察电极的析氧电位。

室温下,采用三电极体系,工作电极为自制电极,铂为辅助电极,饱和甘汞电极为参比,在0.5 mol/L硫酸钠中进行测试。

TiO2对甲基橙的光催化降解的研究

TiO2对甲基橙的光催化降解的研究

TiO2对甲基橙的光催化降解的研究摘要:本文主要先是关于现在的对TiO2光催化降解甲基橙的研究进展和现状。

进而仔细研究TiO2光催化降解甲基橙的降解机理和其实际运用意义。

然后通过6组实验了解影响TiO2光催化降解的因素,并且通过对各种因素的实验来得到最佳的实验效果。

如TiO2的最佳投加量是0.8g/l。

PH值在3的时候甲基橙变红色,也是光催化降解效率最大的时候,但是我们综合考虑还是选择不调节PH,甲基橙溶液的PH值为5.17,其降解效果和PH=3时的降解效率相差不大。

也研究得出双氧水的最佳掺和比例是 1.5/100。

同时探讨了光照强弱对实验的影响,光强越大,其降解效率就越高。

还在上述确定的最优条件下,来外加电源电压进行光电流测试,得到的结果是光电流对该光催化反应的促进作用几乎可以忽略不计。

然后进行研究甲基橙初始浓度的影响,在一定范围内随着初始浓度增加,降解效率降低。

从而得到最优的降解配方,然后对甲基橙,罗丹明B,金橙2,亚甲基蓝这四种染料进行降解,发现这四种染料都在一定程度上降解,说明这个降解配方的通用性。

关键词:TiO2;甲基橙;降解机理;光催化降解;影响因素Study on the degradation of methyl orange by TiO2 photocatalyticAbstract:In this paper, first research on the progress and present situation of photocatalytic degradation of methyl orange by TiO2. And then carefully study the degradation mechanism of TiO2 photocatalytic degradation of methyl orange and its practical significance.Then understand the influence factors of TiO2 photocatalytic degradation through 6 groups of experiments , and to get the best result through a variety of experimental factors.Such as the optimum dosage of TiO2 is 0.8g/l.The methyl orange become red at ph=3 when the photocatalytic degradation efficiency become to the largest , but we chose not to adjust the PH, because methyl orange solution pH is 5.17,and the degradation efficiency at that PH had little difference with the degradation efficiency at PH=3.Also studied the best optimum blending ratio of hydrogen peroxide is 1.5/100.At the same time to investigate the effects of light intensity,we can see the intensity get greater, the degradation efficiency is higher.The optimal conditions were determined, and carry on the light current test under applied voltage, the result is the promote the role of the light current to photocatalytic reactionis almost negligible.Then the influence of initial concentration of methyl orange, in a certain range with the increase of the initial concentration, the degradation efficiency decreased.so we get the optimal formula for degradation of methyl orange, then have degradation of Luo Danming B, 2 golden orange, methylene blue four dye , found that four kinds of dyes were degraded to a certain extent, which prove that this optimal formula for degradation is universal.Keywords: TiO2; methyl orange; degradation mechanism; photocatalytic degradation; influence factor1 引言1.1 研究背景和意义众所周知,我们的纺织印染业很发达,也可以说是我国是纺织印染的第一大国,在全国各地都有很多纺织印染城,比如浙江绍兴柯桥有个国际轻纺城,还有温州那一块是皮革印染业很发达,毋庸置疑,纺织印染作为第二产业里对整个城市的经济发展具有很大的推动力,然而纺织印染行业同时也排放了相当多的工业废水,约占整个工业废水排放量的10%。

环境工程毕业论文--改性纳米TiO2光催化降解甲基橙的研究

环境工程毕业论文--改性纳米TiO2光催化降解甲基橙的研究

摘要当今全球范围内都不同程度地出现了环境污染问题, 探索和研究经济有效的消除环境污染物的新技术和新方法具有重要的意义。

二氧化钛光催化作为一种先进的氧化技光催化剂有其自身的缺陷:量子术,在环境领域具有十分广阔的应用前景。

然而,TiO2产率低和太阳能利用率低。

研究表明,在TiO2中掺杂金属离子,不仅能影响电子--空穴对的复合率,提高表面羟基位,改善光催化效率,还可能使TiO2的吸收波长范围扩大到可见光区域,增加对太阳能的转化和利用。

但金属沉积量过大会使TiO2光催化性能下降。

此外,超声可以有效改善粒子的结构,提高其光催化性能。

本文针对不同金属(Ho、Gd、Zr、Ag)的不同含量(0.5%、1%、2%、3%、4%)进行掺杂改性超声制备,研究其对TiO的光2催化活性的改变。

首先,本文将概述TiO2的制备方法,光催化氧化的机理及应用,并且通过国内外对TiO2研究进展,阐述研究金属掺杂改性、超声浸渍制备TiO2的原因。

其次,本文将详细介绍制备纯TiO2和金属掺杂改性TiO2的超声制备溶胶-凝胶法。

再次,通过紫外光下样品的降解甲基橙实验,研究其光催化性能。

研究结果表明:溶胶-凝胶法成功制备TiO2,金属掺杂改性可以提高其光催化活性,并初步判断所选取金属元素的合适掺杂量。

关键词:TiO2,光催化活性,溶胶-凝胶,金属掺杂,超声AbstractNowadays,various degree of the problems of environmental pollution have been presenting in the global range. In order to eliminate environmental pollutants , it has significant meanings that effectively new technology methods are explored and studied Therefore, as an advanced photocatalysis technique, TiO2photocatalysis technique has an extremely wide application prospect in the domain of environment. However, TiO2has its own shortcomings : low quantum yield and low utilization of solar energy.Research shows that the TiO2-doped metal ions, can not only affect the electronic -- hole on the composite rate, improve surface hydroxyl groups and photocatalytic efficiency, but also result in the absorption wavelength range extended to the visible region and the increase of solar energy conversion and utilization. However excessive metal deposition will affect TiO2photocatalytic properties. Moreover, ultrasound can effectively improve the particle structure and enhance its photocatalytic properties. We study on TiO2,which is made by ultrasound ,photocatalytic activity changes on different metals (Ho, Gd, Zr, Ag) of different content (0.5%,1%,2%,3%.4%).First of all, this paper would summarize the making method of TiO2,the mechanism and the application of photocatalytic oxidation. Then it expounded the reason that researching metal-doped TiO2 made by ultrasound through the relative study internal and external.Secondly, this paper would particular introduce the Sol-Gel with ultrasound method to prepare pure TiO2 and metal-doped TiO2.Thirdly,this paper would study the photocatalytic activity through methyl orange degradation experiment by mercury lamp respectively.The results shows : sol-gel method is successful in the preparation of TiO2, and metal-doped can improve photocatalytic activity. At last, the appropriate metal doping can be judged and selected.Keywords :TiO2 , Photocatalytic activity, Sol-gel, Metal-doped, Ultrasound目录1.绪论 (1)1.1.纳米二氧化钛光催化概述 (1)1.1.1.纳米二氧化钛光催化机理及特性 (1)1.1.2.纳米二氧化钛光催化的应用 (3)1.2.影响纳米二氧化钛光催化活性的因素 (4)1.2.1.晶体结构的影响 (4)1.2.2.粒径的影响 (5)1.2.3.比表面积的影响 (6)1.2.4.表面羟基的影响 (6)1.2.5.载流子俘获剂的影响 (7)1.3.纳米二氧化钛的制备 (7)1.3.1.气相法制备纳米TiO2粉体 (7)1.3.2.液相法制备纳米TiO2粉体 (8)1.4.纳米T I O2的改性研究进展 (9)1.4.1.复合半导体 (9)1.4.2.贵金属沉积 (9)1.4.3.过渡金属离子掺杂 (10)1.4.4.稀土元素的掺杂 (11)1.4.5.非金属掺杂 (11)1.5.超声在制备纳米T I O2光催化剂方面的应用 (11)1.5.1.超声化学反应的基本原理——超声空化 (12)1.5.2.超声在TiO2基光催化剂制备中的应用 (12)1.6.课题研究的目的和意义 (14)2.纳米TIO2粉末的制备 (15)2.1.实验材料 (15)2.1.1.化学试剂 (15)2.1.2.实验仪器 (15)2.1.3.实验装置 (16)2.2.T I O2的制备方法 (17)2.2.1.溶胶-凝胶法制备TiO2原理 (17)2.2.2.制备步骤 (18)2.3.目标降解物的选择 (19)2.4.甲基橙的标准曲线 (21)2.5.T I O2光催化活性的评价 (21)2.6.空白实验 (22)3.金属元素掺杂纳米TIO2的实验研究 (24)3.1.纯T I O2的光催化性能研究 (24)3.1.1.制备方法 (24)3.1.2.纯TiO2的光催化性能 (24)3.2.掺杂H O的T I O2的光催化性能研究 (26)3.2.1.制备方法 (26)3.2.2.Ho-TiO2的光催化性能 (26)3.3.掺杂G D的T I O2的光催化性能研究 (27)3.3.1.制备方法 (27)3.3.2.Gd-TiO2的光催化性能 (27)3.4.掺杂Z R的T I O2的光催化性能研究 (29)3.4.1.制备方法 (29)3.4.2.Zr-TiO2的光催化性能 (29)3.5.掺杂A G的T I O2的光催化性能研究 (30)3.5.1.制备方法 (30)3.5.2.Ag-TiO2的光催化性能 (30)3.6.H O、G D、Z R和A G四种金属掺杂T I O2光催化活性比较 (33)结论 (35)参考文献 (36)致谢 (40)1.绪论1.1. 纳米二氧化钛光催化概述1.1.1.纳米二氧化钛光催化机理及特性半导体粒子具有能带结构,一般由填满电子的低能价带(valence band,VB)和空的高能导带(conduction band,CB)构成,价带和导带之间存在禁带。

Fe(II,III)催化H2O2氧化降解水中甲基橙的研究论文

Fe(II,III)催化H2O2氧化降解水中甲基橙的研究论文

Fe(II,III)催化H2O2氧化降解水中甲基橙的研究毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺:所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知,除文中特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名:日期:指导教师签名:日期:使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计(论文)的规定,即:按照学校要求提交毕业设计(论文)的印刷本和电子版本;学校有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版,并提供目录检索与阅览服务;学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文;在不以赢利为目的前提下,学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名:日期:学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名:日期:年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。

本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名:日期:年月日导师签名:日期:年月日注意事项1.设计(论文)的内容包括:1)封面(按教务处制定的标准封面格式制作)2)原创性声明3)中文摘要(300字左右)、关键词4)外文摘要、关键词5)目次页(附件不统一编入)6)论文主体部分:引言(或绪论)、正文、结论7)参考文献8)致谢9)附录(对论文支持必要时)2.论文字数要求:理工类设计(论文)正文字数不少于1万字(不包括图纸、程序清单等),文科类论文正文字数不少于1.2万字。

热分解法制备锡锑电极及其性能的研究

热分解法制备锡锑电极及其性能的研究

热分解法制备锡锑电极及其性能的研究周涛;姚颖悟;王枫【摘要】SnO2-Sb2 O5 electrode was prepared on Ti substrate by pyrolysis. Effects of coating solution concentration , ratio of tin and antimony, temperature and sintering time on the electrode properties were investigated. Morphology and structure of the electrode were characterized by optical microscope and XRD, the electrocatalytic performances were studied by electrolytic degradation of methyl orange. Results showed that when the rrnratio of tin and antimony was 9:1,temp erature was 550 ℃. and sintering time was 60 min. , the prepared electrode possessed uniform and compact surface, showed stable cell voltage when used for electrolysis of methyl orange, and exhibited good electro-catalytic effect.%在钛基体上采用热分解法制备锡锑氧化物电极,考察了涂液浓度、锡锑比、烧结温度及烧结时间等对电极性能的影响,分别利用金相显微镜和X-射线粉末衍射仪对电极涂层的形貌和结构进行了表征,并通过电解甲基橙溶液考察了锡锑氧化物电极的性能.结果表明,当n(锡)∶n(锑)为9∶1,烧结θ为550℃,t为60 min时制得的电极表面颗粒均匀致密,用其电解甲基橙溶液时槽电压稳定,电催化效果良好.【期刊名称】《电镀与精饰》【年(卷),期】2013(035)001【总页数】3页(P31-33)【关键词】锡锑电极;电催化性能;制备【作者】周涛;姚颖悟;王枫【作者单位】河北工业大学化工学院电化学表面技术研究室,天津300130;河北工业大学化工学院电化学表面技术研究室,天津300130;河北工业大学化工学院电化学表面技术研究室,天津300130【正文语种】中文【中图分类】TQ153.13引言近年来,随着工业的发展,有机废水对环境的污染日益严重,各种处理有机废水的方法也相继应运而生,其中电化学降解法最受关注,而制备电极的不同方法则成为目前电化学方法研究的主要内容。

Cu2+-Ti02复合光催化剂的制备及其对甲基橙光催化性能实验

Cu2+-Ti02复合光催化剂的制备及其对甲基橙光催化性能实验

Cu2+-Ti02复合光催化剂的制备及其对甲基橙光催化性能实验陈意安丽丹程才摘要:光催化氧化技术是一种新型的废水处理技术,光催化氧化技术的诞生,开创了染料废水降解的新局面。

本试验以具有代表性的甲基橙溶液做为试验对象,用Cu2+-Ti02复合光催化剂作为光催化剂,借助于紫外-可见光谱、色谱等现代测试手段,探讨Cu2+-Ti02复合光催化剂的制备条件。

通过对TiO2粒子进行合理的改性和修饰,进一步提高其光催化降解甲基橙的催化性能。

本实验研究结果表明掺杂Cu2+的TiO2复合催化剂比纯的TiO2催化剂催化降解甲基橙的催化性能要强。

Abstract:Photocatalytic oxidation technology is a new technology for wastewater treatment,and the birth of photocatalytic oxidation technology, creating a new situation in degradation of dye wastewater .In this experiment, using the representative methyl orange solution as the test object,and Cu2+-TiO2composite photocatalyst as a photocatalyst, by means of UV - visible spectroscopy, chromatography and other test methods to explore the preparation conditions of the Cu2+-TiO2 composite photocatalyst. Through the reasonably modification on the TiO2 particles, further enhance its the catalytic performance of catalytic degradation of methyl orange. Experiment’s results show that the catalytic performance of catalytic degradation of methyl orange of TiO2 Composite Catalyst Doped with Cu2+ is stronger than pure TiO2 catalyst catalytic.关键字:Cu2+-Ti02复合光催化剂甲基橙光催化降解引言:光催化氧化始于1972年,日本的Fujishima和Honda在《自然》杂志上发表了一篇论文,报道了在光电池中光辐射TiO2单晶电极可分解水,持续地发生的氧化还原反应,并产生氢气[1]。

掺Fe3+A-TiO2粉末的水热法制备及其光催化降解甲基橙

掺Fe3+A-TiO2粉末的水热法制备及其光催化降解甲基橙

掺Fe3+A-TiO2粉末的水热法制备及其光催化降解甲基橙张一兵;郑敏;蒋荣彬;江雷【摘要】以硫酸钛为原料用水热法制各了掺Fe3+ TiO2粉末,用SEM和XRD测定了样品的形貌和晶型,研究了以自制的掺Fe3+ A-TiO2对甲基橙溶液的光催化降解作用.结果表明:所制备的TiO2为锐钛矿型TiO2即A-Ti02.365nm紫外光照射下,用自制的掺Fe3+ A-TiO2降解甲基橙溶液的最佳条件是:10 mg·L-1的甲基橙溶液中加入0.050 g掺5%Fe3+(物质的量比)A-TiO2粉末,用HNO3调节溶液成酸性后,18℃恒温反应4h,降解率达到57.8%.【期刊名称】《生态环境学报》【年(卷),期】2010(019)007【总页数】4页(P1700-1703)【关键词】掺Fe3+A-TiO2粉末;光催化;降解;甲基橙;最佳条件【作者】张一兵;郑敏;蒋荣彬;江雷【作者单位】上饶师范学院,江西,上饶,334001;上饶师范学院,江西,上饶,334001;上饶师范学院,江西,上饶,334001;中科院化学研究所,北京,100080【正文语种】中文【中图分类】X131.2甲基橙广泛应用于生产和科学实验中,常用作酸碱指示剂和生物染色。

由于应用广泛,对环境造成一定污染。

利用光催化技术降解有机污染物受到人们的日益重视,它处理有机染料废水的氧化能力强、无二次污染、设备简单、操作条件容易控制。

TiO2是良好的光催化剂,它存在三种晶型:金红石型、锐钛矿型和板钛矿型,其中以锐钛矿型的TiO2拥有最好的光催化活性。

因为锐钛型 TiO2容易转化为最稳定的金红石型,所以工业上有效合成单一的锐钛型TiO2的技术至关重要,制备高产量、纯净的锐钛型 TiO2的工作困难。

TiO2半导体光催化剂,以其活性高、稳定、无毒、价廉的特点,能将环境污染物完全降解为CO2和H2O,且不造成二次污染,而得到广泛研究[1-2]。

其主要原理是利用TiO2受光激发产生的高活性电子空穴对附着在表面的H2O、O2等氧化为·OH、H2O2、O2-等强氧化剂而将污染物氧化降解[3]。

TiOF2光催化降解甲基橙的影响因素研究

TiOF2光催化降解甲基橙的影响因素研究

TiOF2光催化降解甲基橙的影响因素研究林萍;侯晨涛;柳文莉【摘要】通过溶胶-凝胶法制备氟氧钛(TiOF2)花状纳米球,采用X射线粉末衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱分析仪(FT-IR)和固体紫外漫反射仪(UV-Vis DRS)等手段对TiOF2花状纳米球进行表征分析,并通过实验探究了不同条件下TiOF2对甲基橙染料废水的光催化降解性能.在300 W氙灯模拟太阳光照射2.5h条件下,质量浓度0.5 g/L TiOF2光催化剂对初始质量浓度20 mg/L、pH 呈中性、体积为100 mL的甲基橙染料废水在20℃反应条件下降解效果最佳,催化降解率可达97.3%.此结果说明所制备的TiOF2光催化剂对甲基橙染料废水具有良好的光催化活性.【期刊名称】《北京化工大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2018(045)004【总页数】7页(P47-53)【关键词】光催化;甲基橙;氟氧钛花状纳米球【作者】林萍;侯晨涛;柳文莉【作者单位】西安航空学院动力中心,西安710065;西安科技大学地质与环境工程学院,西安710054;中国环境科学研究院,北京100012【正文语种】中文【中图分类】X+703引言甲基橙易溶于水、性质稳定、光敏性较弱,是一种代表性难降解偶氮染料,且其染料废水具有排放量大、成分复杂、色泽鲜艳等特点[1]。

目前国内处理该染料废水多用生化法,但存在运行成本高、色度去除困难和降解效果不佳等问题[2]。

20世纪70年代Fujishima等[3]发现了TiO2的光催化特性,该光催化剂具有催化活性高、化学性质稳定、无毒、价廉等优点,可将有机物完全氧化分解为CO2和H2O 小分子,无二次污染,已成为目前染料污水降解研究领域中最受关注的光催化剂之一[4-5]。

由于TiO2的带隙较宽(约为3.2 eV),只能吸收太阳光中5%的紫外光,对太阳光的利用率较低,因此近年来许多研究者致力于对其进行金属离子和非金属离子掺杂改性,以改善其对太阳光的响应度[6-8]。

TiO2光催化甲基橙电化学阻抗法表征的研究

TiO2光催化甲基橙电化学阻抗法表征的研究

TiO2光催化甲基橙电化学阻抗法表征的研究第39卷第12期2010年12月应用化工AppliedChemicalIndustryV o1.39No.12Dee.201OTiO2光催化甲基橙电化学阻抗法表征的研究黄方方,南娟敏,孙群宁(陕西省石油化工研究设计院,陕西西安710054)摘要:采用溶胶一凝胶法在A1O薄膜表面上制备了纳米TiO光催化薄膜(TiO:/Al2O,),将此薄膜用于光催化降解甲基橙,采用电化学阻抗法分析了TiO:薄膜光电极在甲基橙溶液中暗态,光照,不同光强以及改变阳极偏压时的交流阻抗图谱.结果表明,电化学阻抗谱能够较好的反应光催化,光电催化降解甲基橙的实验过程;并且发现施加阳极偏压可提高薄膜的催化性能,发现0.4V左右最佳.关键词:电化学阻抗法;光催化TiO:/A1:O,薄膜;甲基橙中图分类号:O652.2文献标识码:A文章编号:1671—3206(2010)12—1905—03 InvestigationontheTiO2thinfilmphotocatalyticproperty characterizedinmethylorangesolution byelectrochemicalimpedancemethodHUANGFang-fang,NANJuan—min,SUNQun—ning (ShaanxiResearchDesignInstituteofPetroleumandChemicalIndustry,Xi'an710054.Chin a)Abstract:Nano-TiO2thinfilm(TiO2/AI203)waspreparedonthesurfaceofporousA1203filmbythesol-gelmethod.ThentheTiO2/Al2O3filmwasemployedtoinvestigatetheproccessofthede gradationofmethylorange.AndtheelectrochemicalimpedancespectraoftheTiO2filmwasanalyzedund erconditionsofhavingnolights,lightwithva~ouswavelengthsandchangedanodicbias.Theresultsindica tedthatthe electrochemicalimpedancespectracanreflecttheexperimentprocessofthephotocatalysisa ndtheelec—trolphotocatalysispreferably.Besidesadditionofanodevoltagecouldimprovethecatalystic performanceofthefilm,andtheeffectquitewellover0.4V.Keywords:electrochemicalimpedancemethod;photocatalysticTiO2/A1203film;methyl orangeTiO:薄膜广泛应用于各种光电催化和光催化领域11,自20世纪9O年代以来,人们尝试以A1O,多孔膜为模板合成纳米结构材料,目前已经成为国际上研究的热点J.对TiO:半导体材料的研究,常规表征手段仅限于反映催化剂静态时的某些物性参数,而对催化剂处于动态阶段的某些特征并不能直接跟踪与反映.从1972年Fujishima发现光照金红石TiO会有光生电流现象以来,人们开始用电化学法对半导体材料的性能进行研究.本实验采用电化学阻抗法研究TiO光催化及光电催化甲基橙的降解过程.1实验部分1.1试剂与仪器钛酸丁脂,化学纯;乙酰丙酮,无水乙醇,甲基橙,浓盐酸均为分析纯.黑光灯(20w,A=365nm,);7200型分光光度计;TD3691型恒电位仪;TD1025频响仪;JSM-6360型扫描电子显微镜;AB204一E型分析天平;217型甘汞电极;Pt电极;石英试管(20mm×60mm);铝箔(99.9%,30mm×20mm×1mm).1.2TiO2/AI:O3薄膜的制备用铝箔作为阳极,15%H:SO溶液为电解液,在电流密度为1.5A/cm2下室温进行阳极氧化25min,制得所需的A1:0,薄膜.以钛酸丁酯为原料,缓慢加入少量水,用乙酰丙酮作抑制剂,以延缓钛酸丁酯的强烈水解,用盐酸调节溶液pH值在3左右,经不断搅拌得到稳定的TiO溶胶,放置陈化3h,然后将A1.0,薄膜在溶胶液中浸渍提拉,在500oC下焙烧2h待用.收稿日期:2010-09.27作者简介:黄方方(1980一),女,陕西渭南人,陕西省石油化工研究设计院助理工程师,从事精细化学品合成与应用研究.电话:029—85542617,E—mail:******************1906应用化工第39卷1.3实验方法在黑光灯的照射下,以TiO/A1O,薄膜电极为工作电极(其面积为6cm),Pt电极为对电极,饱和甘汞电极(SCE)为参比电极,TiO光电极交流阻抗图谱的测量在甲基橙(C.=5mg/L,75mL)体系中进行,测试频率为:5X10~~1×10Hz,交流激励信号为5mV.用3691dms软件控制计算机采集数据,获取EIS图.2结果与讨论2.11-io:薄膜的形貌分析采用扫描电子显微镜对由溶胶一凝胶工艺制备的纳米TiO:薄膜在500oC下热处理2h后进行了表征(见图1).图1Ti02薄膜的扫描电子显微镜照片Fig.1SEMimageofTiO2thinfilm由图1可知,TiO薄膜表面比较均匀,平整,结构较细致,TiO颗粒分散均匀,粒子间连结性较好, 粒经在50—70am.研究表明J,颗粒粒径较小时会表现出量子尺寸效应,因而具有较强的光催化活性,所制备的膜层中TiO粒径的大小对光催化活性有直接决定作用.2.2o薄膜光催化甲基橙的电化学阻抗谱2.2.1TiO2薄膜在甲基橙溶液中的谱图以TiO:/A1203薄膜光电极为工作电极,测量其在暗态和光照时的电化学阻抗谱图(见图2).Zre/Q图2TiO:薄膜光电极电化学阻抗谱Fig.2EISofTiO2thinfilmphotoelectrode由图2可知,以暗态下的TiO薄膜光电极为工作电极时,电极反应需克服的能垒极大,即法拉第阻抗值大,对应的阻抗圆弧半径很大;以光照TiO:薄膜光电极为工作电极时,阻抗圆弧半径明显减小,说明电极反应需克服的能垒变小,反应速度增大,即法拉第电流的阻抗值减小,因此在电极上进行的反应较易发生.这主要是由于TiO作为光催化剂其催化活性降低了电极反应能垒,加速了电极反应的进行.说明此TiO薄膜光电极具有良好的光电催化性能.2.2.2不同光强下的TiO/A10薄膜电化学阻抗谱光强不同意味着进入反应体系照射到TiO2光催化剂上的光子数不同,它势必会对甲基橙的降解,TiO交流阻抗谱有影响.在这里只作定性说明.图3为用2,3,4支灯管分别照射1h后得到的电化学阻抗图谱.a图30.4V阳极偏压下不同光强的Tj02电化学阻抗谱Fig.3EISofTiO2thinfilmunderdifferentphotospherewitll0.4V由图3可知,随着光强增大,阻抗谱高频部分的圆弧半径减小,表明增大光强能够降低TiO:的阻抗值.可能的原因是光强的大小决定进入电极/溶液体系的光子数的多少,用不同数量灯管对体系照射同样长时间时,灯管越多,圆弧半径越小,即R电减小,同时发现溶液电阻R溶渣也随之减小,与理论Hj分析结果相符.2.2.3光照不同阳极偏压下TiO2/03薄膜的电化学阻抗谱在TiO光催化剂的交流阻抗图谱中,高频区(1×10~1×10Hz)阻抗圆弧代表TiO2半导体本体的阻抗;低频区(0.1—100Hz)阻抗圆弧半径代表电极反应过程的法拉第阻抗,由半导体光催化活性决定.图4为TiO光催化剂在光照不同阳极偏压时高频区的电化学阻抗图.选取的阳极偏压分别为:0.0,0.2,0.4,0.5V.第12期黄方方等~TiO光催化甲基橙电化学阻抗法表征的研究re/Q图4TiO:薄膜光电极高频区电化学阻抗图谱Fig.4EISofTiO2thinfilmphotoelectrodeathighfrequency由图4可知,随着阳极偏压的增大,高频区阻抗圆弧逐渐不明显,表明增加阳极偏压,TiO:本体阻抗增大.图5为TiO光催化剂在光照不同阳极偏压时低频区的电化学阻抗图.Zre/图5TiO光电极在低频区电化学阻抗谱Fig.5EISofTiO2thinfilmphotodectrodeatlowfrequency 由图5可知,阳极偏压在0.0一O.5V之间,于O.4V附近时,阻抗圆弧半径存在一个极小值,即反应法拉第阻抗存在极小值.此时,甲基橙降解反应最快,TiO光催化活性最高.3结论(1)采用溶胶一凝胶法在AI:O,表面上制备TiO:薄膜,对其表面形貌进行了SEM分析,发现此方法制得的TiO:薄膜平整,颗粒分散均匀,且其粒径达到了纳米级.(2)暗态下由于体系的阻抗较大,证明电极反应难以进行,而在365nm波长光的照射下阻抗圆弧大大减小,此波长在紫外光波长范围内,说明紫外光有利于多相光催化反应的进行.(3)施加偏压以后,光生电子与光生空穴可以直接在电场作用下进行分离,大大减小了复合的几率,显着提高了光降解速度,提高了光催化剂的量子效率.实验发现,施加0.4V左右的偏压值,光催化降解的速度最大.参考文献:[1]NishideT,MizukamiF.Effectofligandsoncrystalstruc- tureandopticalproperitiesofTiO2preparedbysol-gel processes[J].ThinSolidFilms,1999,353:67-71.[2]MasudaH,HasegawaF,OnoS.Self-orderingofcellat-rangementofanodicporousaluminaformedinsulhtricacidsolution[J].JournaloftheElectrochemicalSociety,1997,144(5):127—130.[3]张立德,牟季美.纳米材料和纳米结构[M].北京:科学出版社,2001.[4]史美伦.交流阻抗谱原理及应用[M].北京:国防工业出版社,2001.[5]孔海霞.电化学阻抗图谱法TiO:薄膜光电极能带结构和催化活性研究[D].太原:太原理工大学,2004.2011年《应用化工》【月千IJ)征订启事《应用化工》杂志为中国科技核心期刊,中国石油和化工行业核心期刊,RCCSE中国核心学术期刊,中国科学引文数据库来源期刊,月刊,大16开本,年订价240元.邮发代号:52—225,国外代号M1656,全国各地邮电局(所)均可办理订阅,亦可直接通过邮局或银行向本社订阅.地址:西安市西延路61号应用化工杂志社,邮编:710054,电话:(029)85561216,传真:(029)85542621,E—mail:************.con,http://www.zgyyhg.CR.开户行:西安市工商行雁塔路支行,帐户:陕西省石油化工研究设计院,帐号:3700023009088205773.0OOOOOO0ODD咖咖咖咖咖㈣o∞∞{;;坫5G一。

王爽报告(甲基橙的光催化降解--王爽,陈杰,赵蕊)1

王爽报告(甲基橙的光催化降解--王爽,陈杰,赵蕊)1

甲基橙的光催化降解(吉林化工学院环境与生物工程学院环境科学1001 王爽)摘要:TiO2具有很好的光催化活性,实验研究了不同钛源制备TiO2对甲基橙的光催化效率,我组用TiSO4做钛源,经过搅拌、抽滤、干燥以及煅烧等过程完成了对TiO2的制备,以此为催化剂对甲基橙进行光催化降解,通过计算降解率比较不同钛源所制备的TiO2的催化效率。

关键词:TiO2,光催化,甲基橙,TiSO4,降解率Abstract:The photocatalytic activity of TiO2 is very good, the experiment studied the different titanium sources, preparation of TiO2 photocatalytic efficiency of methyl orange, We made of titanium TiSO4 source, after mixing, suction filtering, drying and calcining process completed the preparation of TiO2as a catalyst to photocatalytic degradation of methyl orange degradation rate by calculation to compare different titanium sources of TiO2 prepared by catalytic efficiency. Keywords: TiO2 photocatalysis, methyl orange, TiSO4, degradation rate 引言:光催化氧化法对处理生物难降解的工业废水是一项极具发展前景的新技术,与传统的水处理技术相比具有节能、高效、污染物难降解彻底等优点,乘务目前水处理的研究热点。

Ce掺杂TiO_2薄膜电极光电催化降解甲基橙

Ce掺杂TiO_2薄膜电极光电催化降解甲基橙

Ce掺杂TiO_2薄膜电极光电催化降解甲基橙Vol 133No 1852化⼯新型材料N EW CH EMICAL MA TERIAL S 第33卷第8期2005年8⽉基⾦项⽬:⼴东省科技计划项⽬(2002C1030408、2004B10301010);⼴东省⾃然科学基⾦团队项⽬(04205301)作者简介:余倩(1964-),⼥,博⼠,副教授。

Ce 掺杂TiO 2薄膜电极光电催化降解甲基橙余 倩 孔祥晋 潘湛昌 张环华 肖楚民 余 林(⼴东⼯业⼤学轻⼯化⼯学院,⼴州510090)摘 要 ⽤溶胶2凝胶法制备了泡沫镍负载TiO 2及Ce 离⼦掺杂TiO 2薄膜电极,并以其为⼯作电极,建⽴了三电极光电催化体系。

通过对⽔溶液中甲基橙的降解实验,考察了催化剂热处理温度、涂敷层数、外加电压、铈掺杂等因素对薄膜催化剂光催化性能的影响,结果表明,泡沫镍是光催化剂的优良载体;经500℃处理所得催化剂主要为锐钛矿相,催化活性最好;外加适当电压,有助于光催化降解;Ce 的掺杂有易于TiO 2催化活性的改善;外加适当电压有助于甲基橙的光催化降解。

研究证明,500℃为铈掺杂TiO 2薄膜的最佳热处理温度,外加⼀定电压、涂敷3层、掺杂n (Ce )/n (Ti )=2%的铈时催化剂的活性最⾼。

关键词 光催化,光电催化,TiO 2薄膜电极,铈掺杂,降解,甲基橙The effects of Ce doped TiO 2f ilm electrode onphotoelectrocatalytic degradation of methyl orangeYu Qian K ong Xiangjin Pan Zhanchang Zhang Huanhua Xiao Chumin Yu Lin(Faculty of Light Indust ry and Chemical Engineering ,Guangdong University of Technology ,Guangzhou 510090) Abstract TiO 2and Ce doped TiO 2thin film electrode deposited on porous nickel were prepared by sol 2gel meth 2od ,Using the porous nickel electrode as working electrode ,the photoelectrocatalytic (PEC )system was built.Applying this system the degradation of methyl orange in aqueous solution was studied ,The effects of calcined temperature 、the numbers of coating layer ,electrode potential and the content of doped Ce were investigated by the degradation of methyl orange.The results showed that porous nickel was a good carrier and PEC oxidation was a convenient way to minerali 2zing the organic pollutants with high efficiency.It was found that the Ce doping could enhance the catalytic activity ,the ceium doped film with n (Ce )/n (Ti )=2%has the highest photocatalytic degradation efficiency for methyl orange ,and the optimal heat 2treatment temperature for the catalyst is 500℃,the optimal coating layers is three.K ey w ordsphotocatalysis ,photoelectrocatalysis ,TiO 2film electrode ,Ce dope ,degradation ,methyl orange 很多难降解的有机污染物都可通过光催化作⽤得到明显去除[1,2],但光激活TiO 2产⽣的光⽣载流⼦极易简单复合⽽⼤⼤降低量⼦效率活性,稀⼟⾦属Ce 是⼀种敏化剂,极易吸收光⼦从三价变为四价,⽽四价Ce 离⼦在光激发下不仅能有效抑制电⼦2空⽳对的简单复合,改善光催化效率,还可能使TiO 2的光吸收波长红移⾄可见光区,增加对太阳能的有效利⽤[3]。

电化学催化氧化法降解水中甲基橙的研究

电化学催化氧化法降解水中甲基橙的研究

随着染料和印染工业的迅速发展, 每年要向水体 环境排放大量的印染废水, 对环境了造成严重污染。 偶氮染料应用广泛, 这些染料在还原条件下可生成致 癌的芳香胺, 有些染料的代谢物实际上是基因毒素, 对 人 体 健 康 具 有 潜 在 的 危 害[1]。 印 染 废 水 一 直 以 排 放 量 大 、处 理 难 度 高 而 成 为 废 水 治 理 工 艺 研 究 的 重 点 和 难点, 目前我国印染废水处理工艺不够稳定, 一般很 难达到一级排放标准[2], 我 国 已 将 印 染 废 水 列 入 水 污 染控制领域中重点的有害废水之一[3]。因此, 研究开发 印染废水处理的新技术具有重要意义。
将厚度为 0.5mm、面积为 1cm×5cm 的金属钛板 用 800 目砂纸抛光, 用水冲洗干净, 然后将钛板置于 一定浓度的 NaOH 溶 液 中 , 在 95℃恒 温 下 , 去 油 2h。 在用水冲洗干净后, 将钛板置入 1: 1 的 HCl 溶液中, 于 90℃下浸泡处理 2h。此时, 钛片呈现银灰色, 无光 泽。将预处理过的钛板放在无水乙醇中保存, 待用。
1 实验部分
1.1 试剂和仪器 主要试剂有: 硝酸铅, 二氧化锡, 甲基橙, 三氧化
二锑, 所有的试剂均为分析纯, 所有的溶液均用二次 水配制。形稳阳极所用钛板购自宝鸡华恒工贸有限公 司, 厚度为 0.5mm。
CHI 660A 电化学工作站 ( 上海辰华仪器公司) ;
收稿日期: 2007- 03- 20; 修回 2007- 06- 10 基金项目: 国家自然科学基金( 20247002) ; 北京市自然科学基金( 8062010, 8012007) 作者简介: 尹红霞( 1980- ) , 女, 硕士, 主要从事化学法水处理技术的研究与开发,( 手机) 13811879540( 电子信箱) 02011979@163.com; * 通讯作者。

二氧化锡光催化剂在环境净化技术光催化降解甲基橙的应用研究

二氧化锡光催化剂在环境净化技术光催化降解甲基橙的应用研究

清洗世界Cleaning World 第36卷第2期2020年2月试验研究文章编号:1671-8909 ( 2020) 2-0036-002二氧化锡光催化剂在环境净化技术光催化降解甲基橙的应用研究陈栋,吴伟成,高微,冯胜(苏州市常熟环境监测站,江苏常熟215500)摘要:基于水热法使用四氯.化锡和氢氧化钠作为原材料,在220 °C 合成了二氧化锡纳米聶。

二氧化锡纳米 晶为四方相,平均晶粒尺寸约为29 nm 。

通过傅里叶红外光谱分析表明,在低波数段观察到了 Sn-O 伸缩振动峰。

以甲基橙为降解染料,二氧化锡纳米晶在紫外光照下降解率可达82%左右。

关键词:水热法;二氧化锡;四方相;甲基橙;降解率中图分类号:0643.36 ; X703 文献标识码:A二氧化锡作为一种无机金属氧化物材料,具有非常独特的光学、电学、气敏以及光催化活性,在发光器件、 电池、气敏器件以及光催化剂领域具有重要的应用。

利用二氧化锡作为光催化剂,在紫外光照下进行环境净化,可高效地降解多数有机染料,其成本低、无毒、电荷迁 移率高等优点已成为多数研究学者热衷的候选材料。

然而,二氧化锡的光催化活性的好坏,取决于所选择的制备方法。

水热法是一种可合成比表面积大、电荷迁移率高的金属氧化物的有效方法,釆用该方法可合成具有高效光催化活性的二氧化锡光催化剂。

因此,本文采用水热法合成二氧化锡纳米晶,并在紫外光辐照下研究了它光催化降解甲基蓝的降解活性。

1实验1.1二氧化锡纳米晶的合成称取四氯化锡和氢氧化钠适量,将其溶解在60 mL去离子水中。

待溶解完全后,继续搅拌5 h 。

随后,将 其转移至带有聚四氟乙烯内衬的反应釜中,反应溶液加至内衬的1/3体积,拧紧反应釜。

将反应釜置于干燥箱 中,10 °C /min 升温至220 °C 保温60 h 。

待冷却至室温后,将上层清液倒掉,并用盐酸清洗数次。

将获得的样品置入干燥箱中在150 °C 下干燥12 h,获得二氧化锡纳米晶。

控制胶体合成法制备掺铁TiO2粉末及光催化降解甲基橙

控制胶体合成法制备掺铁TiO2粉末及光催化降解甲基橙
术对样品进行了表征。 在紫外光照射 下, 以 甲基 橙 溶 液 的 光 催 化 降 解 反 应 为 探 针 , 研 究 了掺 F e离 子 浓 度 、 包覆的次数 、 不 同掺 杂
方 式 对 样 品 光催 化 活 性 的 影 响 。 结 果 表 明 . 以均 匀 掺 铁 T i O ( 铁 含量 大 于 0 . 0 2 mo l %) 干凝胶粉末为载体 , 采 用 控 制 胶 体 合 成 法 制 备了具有 P — N结型结构的非均匀掺铁 T i O 粉末 , 其光 催 化 活性 较 均 匀 掺 杂 T i O 粉 末 明显 提 高 , 并且随着包覆次数( ≤3次) 的增 加 而 增 强 .以 0 . 0 4 mo 1 %掺 铁 T i O , 粉 末 包 覆 3次 后 制 备 的样 品具 有 最 佳 光 催 化 活 性 ,其 表 观 速 率 常 数 是 未 掺 杂 的 T i O , 粉末 的 5 32倍 . 是具有相 同 F e含 量 的 均 匀 掺 杂 . r i 0 , 粉末的 4 . 5 8倍 。
CHEN Zhi LI U Xi n g — P i ng LI U S o n g
( D e p a r t m e n t o fA p p l i e d c km f r y . S o u t h C h i n a U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y , G u a n g z h o u 5 1 0 6 4 0 )
第 2 6卷 第 6期
2 0 1 0年 6月






Vo 1 . 2 6 No . 6 9 8 9— 9 96
C HI NES E J 0URNAL OF I NORGANI C C HE MI S T RY

光电化学协同催化降解甲基橙的研究

光电化学协同催化降解甲基橙的研究

极槽均注入 10mg/L 的甲基橙溶液(色度为 200),
如未特别说明,阴极槽中甲基橙溶液用 NaOH 和
H2SO4 溶液调节至 pH3.0,阳极槽保持 pH5.6,两槽 溶液中 Na2SO4 浓度均为 0.02mol/L.阳极槽采用 磁力搅拌器进行搅拌,阴极槽采用鼓空气的方式
进行搅拌,同时向阴极补充溶解氧.为保证阴极槽
中国环境科学 2009,29(5):512~517
China Environmental Science
光电化学协同催化降解甲基橙的研究
李明玉 1*,尚 薇 1,王心乐 1,苏有武 1,宋 琳 1,张渊明 2 (1.暨南大学环境工程系,广东 广州 510630;2.暨南
大学化学系,广东 广州 510630)
摘要:以 TiO2/Ti 薄膜电极为阳极、石墨电极为阴极、饱和甘汞电极为参比电极,设计了一种新型的双槽光电化学协同催化反应器,考察了 阴极电位、反应时间、电解质浓度、溶液 pH 值等因素对甲基橙降解效果的影响.结果表明,电解质浓度对甲基橙的降解脱色效果影响不明
显,而阴极电位、溶液 pH 值和反应时间则影响显著;色度为 200 度的甲基橙溶液,在阴极电位(Ec)为-0.6V、阴极槽初始 pH3.0 和阳极槽初 始 pH5.6、反应 90min 的条件下,阴极槽和阳极槽中甲基橙的脱色率分别为 98.3%和 51.3%,与仅靠 TiO2/Ti 薄膜阳极对有机物进行催化降 解的“双槽单效”光电催化反应器相比,对甲基橙的催化氧化降解效率显著提高.降解前后的紫外-可见吸收光谱的变化表明,该双槽光电化
光电化学协同催化反应器如图 1 所示.通过 盐桥连通阳极槽和阴极槽,紫外光由高压汞灯提 供;采用热氧化法[9]制备的 TiO2/Ti 薄膜阳极、石 墨阴极和参比电极分别与 DJS-292 双显恒电位 仪的相关输出段连接,工作于恒电位模式,阳极和

TiO2催化超声降解甲基橙溶液

TiO2催化超声降解甲基橙溶液

TiO2催化超声降解甲基橙溶液王君;韩健涛;张向东;佟键;李莹;赵迪【期刊名称】《应用化学》【年(卷),期】2004(021)001【摘要】采用经过处理后工业生产的TiO2作为催化剂,以超声降解甲基橙反应为模型,研究了各种因素对TiO2催化超声降解的影响. 研究表明,在TiO2催化剂作用下超声降解甲基橙的效果明显. TiO2催化剂用量在0.3~0.5 g/L之间,超声波频率25 kHz,输出功率1.0 W/cm2,pH=1.0时,甲基橙水溶液初始浓度为20 mg/L的条件下,90 min左右基本可全部降解,COD的去除率达到99.0%.【总页数】4页(P32-35)【作者】王君;韩健涛;张向东;佟键;李莹;赵迪【作者单位】辽宁大学,化学系,沈阳,110036;辽宁大学,化学系,沈阳,110036;辽宁大学,化学系,沈阳,110036;辽宁大学,分析测试中心,沈阳,110036;辽宁大学,分析测试中心,沈阳,110036;辽宁大学,环境科学系,沈阳,110036【正文语种】中文【中图分类】O611.4【相关文献】1.SiO2掺杂TiO2催化超声降解甲基橙溶液 [J], 王君;张向东;李绮;韩建涛;李莹;赵迪2.SnO2掺杂TiO2催化超声降解甲基橙溶液的研究 [J], 王绍刚;王君;韩建涛;张鹏;李绮;李莹;李红3.纳米TiO2/壳聚糖催化超声降解甲基橙溶液 [J], 黄利强;黄文树;郭松林4.Sb_2O_5/TiO_2催化超声降解甲基橙溶液 [J], 王君;韩建涛;张向东;郭宝东;刘振荣;李绮;康平利;李红5.TeO_2掺杂TiO_2催化超声降解甲基橙溶液的研究 [J], 王君;佟健;张向东;韩建涛;张鹏;赵迪因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。

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第30卷 第4期太原科技大学学报Vo.l 30 No .42009年8月J OURNAL OF TA I YUAN UN I VERSI T Y OF SC I ENCE AND TEC HNOLOGYAug .2009文章编号:1673-2057(2009)04-0350-05收稿日期:2008 10 17基金项目:国家自然科学基金资助项目(20476070,20876104)作者简介:王艳(1979-),女,助教,主要研究方向为光电催化。

掺锑二氧化锡电极光电催化降解甲基橙的研究王 艳1,任衍燕2,郝春燕1,贾世芳1,侯红串3,樊彩梅2(1.太原科技大学化学与生物工程学院,太原030021;2.太原理工大学化学与化工学院,太原030024;3.太原生产力促进中心,太原030002)摘 要:以无机金属盐SnC l 4 5H 2O 和SbC l 3为原料,采用溶胶凝胶提拉法制备得到光电催化性能良好的掺锑二氧化锡薄膜电极。

以该电极为工作电极,气体扩散电极为对电极,250W 高压汞灯(365n m )为侧光源,对甲基橙的光电催化降解进行了研究。

结果表明,该电极具有四方形的金红石结构,在外电压为2.0V,p H 值为3,涂覆层数为5层的条件下对初始浓度为20m g /L 的甲基橙溶液光照60m i n ,降解率达100%.关键词:光电催化;掺锑二氧化锡电极;甲基橙中图分类号:X703.5 文献标识码:A近年来,以T i O 2为代表的半导体光催化成为国内外水净化技术的研究前沿和开发热点[1~3],但光生电子 空穴对的复合率较高[4],导致催化剂的光催化活性降低。

因此减少光生电子和空穴的复合几率,成为提高光催化反应效率的关键问题之一。

目前引起人们极大关注的方法就是电场协助光催化技术[5~7]。

这个概念最早是由H onda 和Fujish i m a 提出来的[8],采用电场协助光催化反应的方法可从根本上解决光生电子 空穴复合的问题。

该方法用各种导电物质为基材,如导电玻璃、钛、不锈钢、镍、铜等,以特定的技术将半导体材料固定在基材上做工作电极(阳极),以石墨、Pt 、Fe 、Cu 等作阴极(对电极),用近紫外光照射工作电极,激发半导体产生电子和空穴,同时施以很低的直流电压,将光生电子通过外电路驱赶到反方向电极上,从而有效地阻止了电子和空穴的复合。

这些年来,这一领域的研究基本上集中在以T i O 2薄膜作为光电极的半导体光电催化上[9~11]。

以半导体T i O 2为光阳极,通过减少半导体光生空穴和光生电子的复合,提高过程的反应速率。

但是多年来人们的思想似乎被 禁锢!在T i O 2上,探索新颖的、综合性能好的电极成为亟待解决的问题。

本文采用掺锑二氧化锡电极为阳极,以甲基橙为目标降解物,提高体系 OH 的浓度,使得处理效率大大增强。

1 实验部分1.1 掺锑二氧化锡电极的制备首先,将80mm ∀10mm 的钛板用砂纸打磨后用蒸馏水冲净,然后把钛板置于40%的N a OH 溶液中在95#水浴中加热4h,取出钛板用水冲净后浸渍于草酸溶液中,95#水浴加热4h 使表面呈均匀灰色麻面,然后冲净烘干备用。

其次,称取一定量的SnC l 4 5H 2O 溶于10mL 的无水乙醇中,同时称取一定量的SbC l 3溶于10m L 的无水乙醇中,将两种混合物分别放入密闭的容器中,在磁力搅拌器上搅拌加热4h ,然后将两种溶液混合,同时加入一定量的柠檬酸,继续搅拌加热1h ,即制得所需溶液。

最后,将已处理过的钛板浸渍在所制溶液中静置数秒,以一定的速度提拉出来,在烘箱里烘5m i n,然后在一定温度的马弗炉里焙烧10m i n.反复数次,最后在马弗炉中焙烧1h,即制得所需的掺锑二氧化锡薄膜电极。

1.2 气体扩散电极制备将镍网剪成80mm∀10mm的长方形,浸入丙酮中脱脂,用蒸馏水冲洗干净备用。

按质量比1:1: 1称取一定量的乙炔黑、活性炭、石墨粉,然后加入适量的PTFE及M n(NO3)2,用无水乙醇分散,超声震荡10m i n,使之混合均匀。

加热并不断搅拌,使无水乙醇不断地从混合物中蒸发出来,直至混合物变稠、变黏,形成膏状物,然后将此膏状物均匀地涂在镍网两个侧面,置于压膜机内施以一定的压力,压成约1mm的薄片,最后在400#下焙烧1h即可。

1.3 实验方法以有机物甲基橙(20m g/L)为目标降解底物,在反应体积为50mL的石英反应器中进行光电催化降解实验。

在外加偏压为2.0V条件下,以所制备的薄膜电极为阳极,以气体扩散电极为阴极,采用主波长为365n m的250W的高压汞灯为侧光源,灯外有冷却水夹套,以滤去300nm以下的紫外光并减少灯的热效应。

从反应器底部鼓入空气以提供反应过程所需的氧以减少传质的影响。

反应开始后每隔一定时间取样,采用美国C ary50Probe UV v isi b le Spectro pho to m eter测定甲基橙浓度。

2 结果与讨论2.1 掺锑二氧化锡电极的XRD图谱对烧结温度为450#,掺杂锑浓度为6%,涂层厚度为5层时,所制得的掺锑二氧化锡薄膜电极进行XRD测试,所得到的结果见图1.对照ASTM卡片,可得电极表面氧化物涂层的主要成分是SnO2以及少量的T i O2和Sb的氧化物,掺锑二氧化锡电极主要是四方相的金红石结构。

对于T i基氧化物电极而言,电解过程中产生的氧原子若渗透至涂层与T i基体的结合部位,则有可能生成T i的氧化物,使界面张力发生变化,造成涂层的剥落。

此外,在图1中检测到Sb氧化物的衍射峰,但是出峰不是很多,分析认为:可能是Sb以取代(置换)或填隙(空隙)的方式进入Sn晶格,因而在XRD图中出峰较少;也有可能是Sb的量太少,图谱上有些位置显示不出来。

图1 掺锑二氧化锡电极的XRD图谱F i g.1XRD pattern of the Sb doped SnO2electrode 2.2 甲基橙光电催化降解过程中UV V is光谱变化图图2是在反应过程中每隔10m in取样的甲基橙样品降解过程中的紫外 可见吸收光谱变化情况。

结果如图2所示,甲基橙在紫外和可见光区域各有一个吸收峰,270nm处代表的是甲基橙分子结构中苯环的吸收峰;465n m处代表的是甲基橙分子结构中偶氮色基团与苯环组成的共轭体系的特征吸收图2 甲基橙降解过程中UV V is光谱变化图F i g.2UV v is spectrum change s of the m ethyl orange 峰。

从图中可见,随光照时间增加,甲基橙在紫外与可见部分的两个主要吸收峰明显下降,降解过程中没有形成新的吸收峰,说明甲基橙分子在光催化过程中被有效的降解,光照60m in的整个过程中,甲基橙的特征吸收峰(465n m)强度逐渐减弱并基本消失,表明分子机构中的共轭体系被破坏,从而导致特征吸收的减弱,两个主要吸收峰也已基本消失。

说明降解反应过程中发色基团得到了彻底的破坏,同时还伴随有开环反应。

此外,从实验中也351第30卷第4期 王 艳,等:掺锑二氧化锡电极光电催化降解甲基橙的研究观察到,甲基橙降解过程中颜色转变过程为:深红∃褐色∃浅褐色∃无色。

溶液中的褐色物质是甲基橙被羟基自由基氧化形成的中间产物,可被进一步矿化为水和二氧化碳。

2.3 光电催化、光和电催化降解过程的比较为了明确光、电各自在光电催化过程中发挥的作用,我们做了一组比较实验,其中包括直接光降解(DP)、光催化(PC )、电催化氧化(EC),与光电催化(PEC)过程作一比较,结果如图3所示。

实验条件为:初始浓度C 0=20m g /L ,反应体积V =50m ,l p H =5, =365nm,光强I =9.2m W c m -2,操作电压E =2.0V.在365n m 光源照射下,反应1h 后,直接光降解几乎没有效果,光电催化氧化过程中甲基橙的降解率明显优于光催化过程和电催化,这是因为掺锑二氧化锡电极在紫外光的照射下,产生了光生电子和光生空穴,光生空穴被电极表面吸附的OH -俘获生成 OH, OH 具有很高的反应活性;同时光生空穴也可以直接夺取有机物中的电子,将其氧化为自由基离子。

水中的溶解氧俘获光生电子产生高度活性的O 2,可以与甲基橙或中间产物反应或在质子作用下也生成 OH,致使甲基橙快速降解,并且掺锑二氧化锡电极具有很好的电催化性能,所以电催化的效率也比较高,光电催化过程中,外加的阳极偏压能转移光生电子,减少了电子 空穴的复合几率,可利用的净光生空穴更多,因此将产生比光催化过程更多的活性物种,如 OH,进而加快了甲基橙的降解速率,在光电催化中阴阳两电极产生了良好的协同作用,强化了羟基自由基 OH的生成。

图3 不同降解过程对甲基橙降解效果的影响F ig .3D egradati on rates of me thyl orangelby d ifferent m e thods图4 外加偏压对甲基橙降解率的影响F ig .4In fl u ence of b ias on the degradationof m ethy l orange2.4 不同外加电压对光电催化降解的影响在光电催化反应过程中,电压不同,甲基橙降解去除率也有所差异。

分别取电压为1.0V 、2.0V 和3.0V 条件下进行降解实验,结果如图4。

实验条件为:初始浓度C 0=20m g /L ,反应体积V =50m ,l pH =5, =365nm,光强I =9.2mW c m -2.由图可知:同一时间下,甲基橙的降解率随着电压的增加而增大,当电压超过2.0V 以后,降解效果开始下降。

这是因为,电压的增大有利于提高电极上的氧化动力学,使活性成分的生成量增加,从而促进甲基橙的降解速率增加。

但是当电压过高时,存在着析氧的竞争反应。

从图中还可以知道最初甲基橙的降解率随时间的增加迅速增加,一段时间后,降解率开始趋于缓慢。

这可能与刚开始时,体系中的甲基橙的浓度相对较高,能快速扩散到电极表面发生反应,浓差极化影响不显著。

当反应一段时间后,体系中大部分的甲基橙已被降解,浓度越来越低时浓差极化影响越来越显著,单位时间内扩散到电极表面的甲基橙减少,所以曲线趋于平缓。

2.5 不同pH 值对光电催化降解的影响调节甲基橙为不同的初始p H 值,分别测定掺锑二氧化锡光催化剂对甲基橙溶液的降解率。

结果如图5所示。

实验条件为:初始浓度C 0=20m g /L ,反应体积V =50m ,l =365nm,光强I =9.2m W c m -2,操作电压E =2.0V.结果表明,p H 过高或者过低,对甲基橙的催化氧化降解效果均较差。

在p H <4.0范围内,甲基橙的降解均达到较好的效果,在p H =3时降解效果最佳,说明甲基橙溶液在酸性环境下容易被掺锑二氧352 太原科技大学学报 2009年化锡光催化剂降解。

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