CN109767921A - 一种光化学电池及其制备方法和在循环降解有机染料中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光电化学电池及其制备方法和在循环降解有机染料中的应用，采用的技术方案是：光化学电池阳极的制备：将TiO₂和乙醇混合，搅拌得TiO₂乙醇混合物，滴于导电玻璃上，干燥得TiO₂薄膜，取H₂PtCl₆溶液滴在TiO₂薄膜上，覆盖面积不能超过TiO₂薄膜面积，干燥后放于马弗炉中进行烧制，冷却，得光化学电池阳极。光化学电池阴极的制备：将铂镀在导电玻璃上作为光化学电池的阴极；将阳极的TiO₂面和阴极的镀铂面相对放置，采用绝缘材料将阳极和阴极构成的空间进行密封，得光化学电池。本发明所制备的光化学电池在可见光下具有较好的响应，通过光生空穴进行阳极反应降解有机染料，同时光生电子传输至外界电路可进行发电。

Description

一种光化学电池及其制备方法和在循环降解有机染料中的 应用

技术领域

本发明涉及光化学电池技术领域，尤其涉及一种光化学电池及其制备方法和在循环降解有机染料中的应用。

背景技术

现如今化学的发展使印染工业废水中的有机污染物种类越来越多，分子结构也比传统的分子结构复杂的多，因此传统的处理方式不太适用了。二氧化钛自身具有生物惰性、强氧化能力、无毒和无光腐蚀等特点，并且成本低、无毒性、资源广，使其在光催化降解方面得到了广泛应用。当TiO₂受到能量大于禁带宽度的光照射时，其价带上的电子(e)受到激发，跃过禁带进入导带，在价带留下带正电的空穴(h)。光生空穴具有强氧化性，光生电子具有强还原性，二者可形成氧化还原体系。就目前来说，从保护环境和节省能源的角度出发，悬浮态催化体系由于其难以回收、容易中毒，且当溶液中存在高价阳离子时，存在催化剂不易分散等缺点，因此将TiO₂用于降解有机染料还仅处于实验室研究阶段。

发明内容

本发明提供一种具有适用性广，稳定性好，工艺简单，易于操作，且成本低廉的装置，用TiO₂为工作电极，同时实现降解有机污染物和发电的目的。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种光化学电池，制备方法包括如下步骤：

1)光化学电池阳极的制备：将TiO₂粉末和乙醇混合，搅拌20-30h，得TiO₂乙醇混合物，滴于导电玻璃上，干燥得TiO₂薄膜，取H₂PtCl₆溶液滴在TiO₂薄膜上，覆盖面积不能超过TiO₂薄膜面积，干燥后放于马弗炉中进行烧制，取出后冷却至室温，得光化学电池阳极；

2)光化学电池阴极的制备：将铂镀在导电玻璃上作为光化学电池的阴极；

3)将阳极的TiO₂面和阴极的镀铂面相对放置，采用绝缘材料将阳极和阴极构成的空间进行密封，得光化学电池。

上述的一种光化学电池，步骤1)中，按固液比，TiO₂粉末：乙醇＝200mg：1ml。

上述的一种光化学电池，步骤1)中，所述的H₂PtCl₆溶液的浓度为5mmol/L-8mmol/L。

上述的一种光化学电池，步骤1)中，H₂PtCl₆覆盖面积不能超过TiO₂薄膜面积的1/3。

上述的一种光化学电池，步骤1)中，在马弗炉中烧制的温度为300-500℃，烧制时间为2-8h。

上述的一种光化学电池在循环降解有机染料中的应用，在光化学电池中通入含有有机染料的循环溶液，在光照条件下对有机染料进行循环降解；在光化学电池循环降解有机染料的同时还能进行发电。

上述的应用，所述的循环溶液为RhB与Na₂SO₄的混合溶液。

上述的应用，所述的RhB的浓度为2.5×10^-5mol/L，所述的Na₂SO₄的浓度为0.5mol/L。

上述的应用，所述的光照光源是AM1.5模拟光，光源与光化学电池的阳极的距离为6.5cm。与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明组装的实验装置具有适用性广、稳定性好的特点，且工艺简单，易于操作，成本低廉，不需要花多少时间就可以制作出。

2.本发明在可见光下具有较好的响应，通过光生空穴进行阳极反应降解有机染料，光生电子传输至外界电路进行发电，因此提高了TiO₂材料的实用性，利用太阳能不仅可对工业生产上染料废水进行处理，同时在处理过程中可少量发电，实现其的实用化和商品化。

3.本发明可以提高TiO₂的重复利用率，使用完成后也方便回收，大大降低了工业除污成本。

附图说明

图1是实施例1制备的光电化学电池循环降解有机染料的实验装置图。

图2是实施例1制备的光电化学电池的实验i-t曲线。

图3是实施例1制备的光化学电池在循环降解有机染料时，降解效率随时间的变化。

图4是实施例1制备的光化学电池在循环降解有机染料时，有机染料的颜色随时间的变化。

图中标记说明：1-实施例1制备的光电化学电池，2-光电化学电池的阳极，3-光电化学电池的阴极，4-蠕动泵，5-电流检测器装置，6-有机染料的循环溶液，7-光源。

具体实施方式

实施例1光电化学电池的制备

光化学电池阳极2的制备：将200mg TiO₂粉末与1ml乙醇混合在一起，搅拌24h后，取0.05ml滴于导电玻璃(1.5cm×2.5cm)上，干燥后得TiO₂薄膜，将浓度为5mmol/L的H₂PtCl₆滴在TiO₂薄膜上，覆盖面积不能超过TiO₂薄膜面积的1/3，干燥后放于马弗炉中在400℃下烧制4h，取出后冷却至室温。

光化学电池阴极3的制备：将铂镀在导电玻璃(1.5cm×2.5cm)上作为光化学电池的阴极。

将阳极的TiO₂面和阴极的镀铂面相对放置，采用绝缘材料将阳极和阴极构成的空间进行密封，得光化学电池1。

实施例2光化学电池在循环降解有机染料中的应用

如图1所示，在光化学电池内部通入2.5×10^-5mol/L的RhB与0.5mol/L的Na₂SO₄混合溶液作为循环溶液6，采用蠕动泵4提供循环动力，光源7为AM1.5M模拟光，调节光源与光化学电池的阳极的距离为6.5cm，在电池外部，在阳极阴极之间连接电流检测器装置5。打开蠕动泵4，调节蠕动泵4的流速为30.35ml/min。在光照之前收集3mLRhB溶液，蠕动泵4运行5min之后开启光源7，每30min收集一次等量溶液，照射3h后结束实验。

检测

1)光化学电池在循环降解有机染料时i-t曲线分析

电流检测器检出的电流如图2所示，在前5min没有光照的情况下，电流很小且几乎保持不变，当打开灯时电流急剧升高，并且在循环反应过程中，电流有缓慢的降低。表明此过程在不断反应降低了RhB的浓度。

2)紫外-可见漫反射光谱检测

通过对收集的溶液进行了紫外-可见漫反射测试，对测试所得图进行处理分析，结果如图3所示，在循环实验过程中，每一次收集到的溶液的吸光度与原溶液的吸光度的比值均呈下降趋势，说明实验过程中RhB有所降解。

3)RHB溶液在循环降解过程中颜色随时间的变化

在实验过程中，每隔30min收集一次溶液，3h后将这些收集溶液进行排列对比，如图4所示，会明显发现这些溶液颜色逐渐变浅，说明实验过程中RHB有所降解。

Claims (9)

1.一种光化学电池，其特征在于，制备方法包括如下步骤：

1)光化学电池阳极的制备：将TiO₂粉末和乙醇混合，搅拌20-30h，得TiO₂乙醇混合物，滴于导电玻璃上，干燥得TiO₂薄膜，取H₂PtCl₆溶液滴在TiO₂薄膜上，覆盖面积不能超过TiO₂薄膜面积，干燥后放于马弗炉中进行烧制，取出后冷却至室温，得光化学电池阳极；

2)光化学电池阴极的制备：将铂镀在导电玻璃上作为光化学电池的阴极；

3)将阳极的TiO₂面和阴极的镀铂面相对放置，采用绝缘材料将阳极和阴极构成的空间进行密封，得光化学电池。

2.根据权利要求1所述的一种光化学电池，其特征在于，步骤1)中，按固液比，TiO₂粉末：乙醇＝200mg：1mL。

3.根据权利要求1所述的一种光化学电池，其特征在于，步骤1)中，所述的H₂PtCl₆溶液的浓度为5mmol/L-8mmol/L。

4.根据权利要求1所述的一种光化学电池，其特征在于，步骤1)中，H₂PtCl₆覆盖面积不能超过TiO₂薄膜面积的1/3。

5.根据权利要求1所述的一种光化学电池，其特征在于，步骤1)中，在马弗炉中烧制的温度为300-500℃，烧制时间为2-8h。

6.一种光化学电池在循环降解有机染料中的应用，其特征在于，在光化学电池中通入含有有机染料的循环溶液，在光照条件下对有机染料进行循环降解；在光化学电池循环降解有机染料的同时还能进行发电。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述的循环溶液为RhB与Na₂SO₄的混合溶液。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述的RhB的浓度为2.5×10^-5mol/L，所述的Na₂SO₄的浓度为0.5mol/L。

9.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述的光照光源是AM1.5模拟光，光源与光化学电池的阳极的距离为6.5cm。