CN109626497A - 一种紫外光诱导氧化钛电极光催化降解偶氮酸性红的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种紫外光诱导氧化钛电极光催化降解偶氮酸性红的方法，包括如下步骤：(1)将TiO2薄膜放入光催化反应容器中，再把浓度为10‑15mg/L的偶氮酸性红溶液50mL滴入光催化反应容器中，打开磁力搅拌器搅拌数分钟；(2)然后打开25W紫外光的光源，光源面朝光催化反应容器，光电催化反应3h，并保持良好的搅拌状态，完成对偶氮酸性红溶液的降解。该紫外光诱导氧化钛电极光催化降解偶氮酸性红的方法采用紫外光诱导氧化钛电极的催化方式，把两种催化结合为一体用于降解偶氮酸性红溶液，偶氮酸性红溶液在紫外光照射和氧化钛电极催化的双作用下能有效分解污染物和脱色，降解率达到55％以上。
Description
技术领域
本发明涉及降解偶氮酸性红溶液工艺的技术领域，尤其涉及一种紫外光诱导氧化钛电极光催化降解偶氮酸性红的方法。
背景技术
在处理污染有机废水的方法中，光电催化技术具有简单高效、经济实用、无二次污染等特点，已引起各国学者的广泛关注。
光催化作为催化化学、光电化学、半导体物理、材料化学和环境科学等多学科交叉的新兴研究领域，以其室温深度反应和可直接利用太阳能作为光源来驱动反应等独特性能，成为一种理想的环境污染治理技术和洁净能源生产技术。而TiO2作为一种绿色环保型的光催化剂，TiO2具有较高的光催化活性，且具有耐酸、耐碱、对光稳定、无毒性、廉价无污染等优点，在环境保护、洁净能源、军事国防、医疗卫生、建筑材料、汽车工业、家电行业、纺织工业、食品保鲜等诸多领域具有广阔的应用前景和重大的社会经济效益，是国内外最活跃的研究领域之一。因此，本发明基于上述两种催化方式的特点，利用紫外光诱导氧化钛电极进行光催化降解把两种催化结合为一体的新型催化方式。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述现有技术的缺点，提供一种紫外光诱导氧化钛电极光催化降解偶氮酸性红的方法，该紫外光诱导氧化钛电极光催化降解偶氮酸性红的方法采用紫外光诱导氧化钛电极的催化方式，把两种催化结合为一体用于降解偶氮酸性红溶液，偶氮酸性红溶液在紫外光照射和氧化钛电极催化的双作用下能有效分解污染物和脱色，降解率达到55％以上，且还具备化学稳定性高、耐光腐蚀、对人体无毒，而且其价带电位很正，氧化能力很强，几乎可以氧化所有有机基团等突出优点，还可应用于对水和气相有机、无机污染物的去除，太阳能的转换和储存等方面。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种紫外光诱导氧化钛电极光催化降解偶氮酸性红的方法，包括如下步骤：
(1)将TiO2薄膜放入光催化反应容器中，再把浓度为10-15mg/L的偶氮酸性红溶液50mL滴入光催化反应容器中，打开磁力搅拌器搅拌数分钟；
(2)然后打开25W紫外光的光源，光源面朝光催化反应容器，光电催化反应3h，并保持良好的搅拌状态，完成对偶氮酸性红溶液的降解。
进一步的，所述的步骤(1)中的偶氮酸性红溶液预先加入盐酸和NaOH调节pH值大于3。
进一步的，所述的偶氮酸性红溶液的pH值为9。
进一步的，所述的紫外光的波长为254nm,。
进一步的，所述的步骤(2)中搅拌后进行光催化反应并同步开始计时，定时用紫外-可见分光光度计测定不同反应时间后偶氮酸性红溶液的吸光度，然后根据如下公式计算降解率：
η＝(A0-At)/A0×100％
式中：η为降解率，A0为光照前溶液的吸光度，At为光照时间为t时溶液的吸光度。
进一步的，为了避免外部光源的干扰，整个反应置于一黑暗箱体中。
综上所述，本发明的紫外光诱导氧化钛电极光催化降解偶氮酸性红的方法采用紫外光诱导氧化钛电极的催化方式，把两种催化结合为一体用于降解偶氮酸性红溶液，偶氮酸性红溶液在紫外光照射和氧化钛电极催化的双作用下能有效分解污染物和脱色，降解率达到55％以上，且还具备化学稳定性高、耐光腐蚀、对人体无毒，而且其价带电位很正，氧化能力很强，几乎可以氧化所有有机基团等突出优点，还可应用于对水和气相有机、无机污染物的去除，太阳能的转换和储存等方面。
附图说明
图1是偶氮酸性红溶液浓度对TiO2薄膜光催化效率影响的曲线图；
图2是偶氮酸性红溶液pH值对光催化效率影响的曲线图。
具体实施方式
实施例1
本实施例1所描述的：一种紫外光诱导氧化钛电极光催化降解偶氮酸性红的方法，包括如下步骤：
(1)将TiO2薄膜放入光催化反应容器中，再把浓度为10mg/L或15mg/L的偶氮酸性红溶液50mL滴入光催化反应容器中，打开磁力搅拌器搅拌数分钟；
(2)然后打开25W紫外光的光源，光源面朝光催化反应容器，光电催化反应3h，并保持良好的搅拌状态，完成对偶氮酸性红溶液的降解。
进一步的，所述的步骤(1)中的偶氮酸性红溶液预先加入盐酸和NaOH调节pH值大于3。
在本实施例中，所述的偶氮酸性红溶液的pH值为9。
在本实施例中，所述的紫外光的波长为254nm,。
在本实施例中，所述的步骤(2)中搅拌后进行光催化反应并同步开始计时，定时用紫外-可见分光光度计测定不同反应时间后偶氮酸性红溶液的吸光度，然后根据如下公式计算降解率：
η＝(A0-At)/A0×100％
式中：η为降解率，A0为光照前溶液的吸光度，At为光照时间为t时溶液的吸光度。
在本实施例中，为了避免外部光源的干扰，整个反应置于一黑暗箱体中。
TiO2在紫外光激发下生成光生电子一空穴对，具有强氧化性的光生空穴夺取TiO2颗粒表面的OH一和H2O中的电子生成一系列活性基团，使吸附在TiO2表面的偶氮酸性红溶液分子发生较大程度的氧化分解。
从图1中可以看出，TiO2薄膜的光催化效率随着偶氮胭脂红溶液初始浓度的增加而有不同程度的降低，但随着反应时间的延长，3小时后，只要浓度不是太高，其降解率均达到55％以上。溶液初始浓度为10mg/L和15mg/L时，TiO2薄膜光催化效率最高，且相对于30mg/L光催化效率提高了将近一倍以上。出现这种情况，一方面是因为在TiO2的浓度、光照强度和光照时间确定时，TiO2粒子表面产生·OH等活泼基团的量基本不变，随着偶氮胭脂红溶液浓度的增加，吸附偶氮胭脂红溶液分子在薄膜表面的吸附量也不断增大，单个偶氮胭脂红溶液分子可获得的·OH数量相对减少，当浓度达到一定值以后，吸附趋于饱和，更多的偶氮胭脂红溶液分子被吸附在TiO2薄膜的表面导致部分表面被覆盖，占据了活性位，导致TiO2光催化剂的失活。此种情况下再增大浓度对光催化效率产生抑制作用。另一方面是因为溶液的初始浓度越高，其透光性越差，被溶液吸收的光子能量越多。由于光线穿透受阻，TiO2吸收的光量子数下降，导致光生电子空穴对减少，TiO2薄膜粒子对紫外光的利用率就越低，光催化降解效率也随之下降。由此可见，偶氮胭脂红溶液处理过程中，偶氮胭脂红溶液初始浓度应当适当，浓度很大的偶氮胭脂红溶液或许首先应该稀释到一定的浓度，然后进行光催化降解，这样才能有效的通过光催化降解来达到偶氮胭脂红溶液处理的目的。
本实施例采用盐酸和NaOH来调节偶氮胭脂红溶液的pH值。由于半导体TiO2的平带电位、界面电阻、能带位置都一定程度地受pH值的影响，因而光催化体系中偶氮胭脂红溶液的pH值可能间接地影响光激发TiO2生成·OH的效率，从而影响光催化效率。从图2可知，偶氮胭脂红溶液初始pH值对光催化降解偶氮胭脂红有明显影响。偶氮胭脂红溶液的降解效果在不同初始pH值下顺序为pH＝9＞pH＝3≈pH＝5＞pH＝11＞pH＝7。从图2中可以看出，当初始pH值为3时，薄膜的光电催化效果不错，反应3小时后达到53％。因为pH＝3时，表面反应电阻最小，反应电流最大，因而空穴较多，降解效果较好，pH值的影响主要与TiO2的等电点有关，pH<3.5便于·OH和02 ·-从负电荷的表面扩散进入溶液，有效地分离电荷。另外，从图2中可以明显看出，pH＝9时体系达到最好的催化效果。则得知弱碱性条件下明显有利于降解偶氮胭脂红溶液的降解。这是因为在紫外光条件下的光催化反应实质是TiO2从禁带激发电子到导带，形成电子和空穴。具有高度活性的空穴在反应中消耗水中的OH-,将其氧化成具有强氧化活性的·OH，然后，电子和空穴分别与分散在水中的物质发生氧化还原反应。而在弱碱性溶液中，Ti02表面带负电荷，有利于空穴向Ti02表面迁移，与电子供体如OH-、H2O反应产生具有强氧化性的·OH。所以，弱碱性条件下光催化降解效果要较好。
偶氮胭脂红溶液中的pH值对TiO2光催化效率有很大的影响。因为TiO2是一种两性氧化物，在水溶液中能够与水作用形成钛醇键，使其表面形成大量的羟基，这种钛醇键是二元酸，在不同的pH值存在以下的酸碱平衡:
pzc代表催化剂的等电点。由于二元酸的解离方式及程度会受到溶液pH值的影响，因此TiO2的表面特性由溶液的pH值所决定。而TiO2表面荷电及能带位置发生变化将产生很多活泼的不饱和悬键，它们吸引或排斥其它电子，从而使带上不同性质的电荷。从而影响反应速率同时会影响有机物在催化剂表面的吸附和有机物本身的氧化还原电位。TiO2的等电点为3.5，因此当溶液pH值低于3.5时，催化剂表面主要是>TiOH+ 2，催化剂表面带有正电荷，因此有助于吸附带负电荷的物质；当溶液的pH值高于3.5时，催化剂表面主要是>TiO-，催化剂表面带负电荷，因此有助于吸附带正电荷的物质。
OH-可以充当阶带空穴h+pvb的捕获剂(h+pvb+OH-→·OH)，还可避免4·OH→2H20+02反应的发生。pH的变化直接影响了电极界面的电阻，pH增大界面电阻随之而减小，电极反应活性随之增大。可见，在光催化氧化研究中，pH的影响似乎较为复杂。pH的影响还与TiO2制备、有机物浓度和其他条件的控制有关。因此，pH对光催化反应的影响应视具体体系而定。
另外，从图1和图2中均可看出，随着反应时间的增加，降解程度也逐渐增加。因为随着反应时间的延长，TiO2薄膜电极上从价带跃迁到导带的电子变多，产生的电子-空穴对增加，最终产生的具有高活性的羟基自由基(·OH)也增多。而光催化降解偶氮酸性红溶液的实质就是具有强氧化性的羟基自由基和空穴氧化偶氮基团，使其最终变成无机物。所以，随着反应时间的延长，降解程度逐渐增加。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术方案作任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案的范围内。
Claims (6)
1.一种紫外光诱导氧化钛电极光催化降解偶氮酸性红的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将TiO2薄膜放入光催化反应容器中，再把浓度为10-15mg/L的偶氮酸性红溶液50mL滴入光催化反应容器中，打开磁力搅拌器搅拌数分钟；
(2)然后打开25W紫外光的光源，光源面朝光催化反应容器，光电催化反应3h，并保持良好的搅拌状态，完成对偶氮酸性红溶液的降解。
2.根据权利要求1所述的一种紫外光诱导氧化钛电极光催化降解偶氮酸性红的方法，其特征在于，所述的步骤(1)中的偶氮酸性红溶液预先加入盐酸和NaOH调节pH值大于3。
3.根据权利要求2所述的一种紫外光诱导氧化钛电极光催化降解偶氮酸性红的方法，其特征在于，所述的偶氮酸性红溶液的pH值为9。
4.根据权利要求3所述的一种紫外光诱导氧化钛电极光催化降解偶氮酸性红的方法，其特征在于，所述的紫外光的波长为254nm,。
5.根据权利要求4所述的一种紫外光诱导氧化钛电极光催化降解偶氮酸性红的方法，其特征在于，所述的步骤(2)中搅拌后进行光催化反应并同步开始计时，定时用紫外-可见分光光度计测定不同反应时间后偶氮酸性红溶液的吸光度，然后根据如下公式计算降解率：
η＝(A0-At)/A0×100％
式中：η为降解率，A0为光照前溶液的吸光度，At为光照时间为t时溶液的吸光度。
6.根据权利要求5所述的一种紫外光诱导氧化钛电极光催化降解偶氮酸性红的方法，其特征在于，整个反应置于一黑暗箱体中。
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| CN201811533136.3A Withdrawn CN109626497A (zh) | 2018-12-14 | 2018-12-14 | 一种紫外光诱导氧化钛电极光催化降解偶氮酸性红的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109626497A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110702624A (zh) * | 2019-09-20 | 2020-01-17 | 家食安(青岛)健康科技有限公司 | 一种快速评价着色有机物降解能力的装置和方法 |
| CN111646536A (zh) * | 2020-06-18 | 2020-09-11 | 闽江学院 | 一种基于fto导电玻璃的直接光电降解碱性染料的方法 |
| CN115144477A (zh) * | 2021-03-30 | 2022-10-04 | 湖南中烟工业有限责任公司 | 一种快速检测禁用偶氮染料释放的芳香胺的原位质谱方法 |
-
2018
- 2018-12-14 CN CN201811533136.3A patent/CN109626497A/zh not_active Withdrawn
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| CN110702624A (zh) * | 2019-09-20 | 2020-01-17 | 家食安(青岛)健康科技有限公司 | 一种快速评价着色有机物降解能力的装置和方法 |
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| PB01 | Publication | ||
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Application publication date: 20190416 |
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