光催化降解罗丹明b的研究毕业论文

光催化降解罗丹明b的研究毕业论文内容摘要：

罗丹明 B，但是光催化氧化法具有无 毒、 安全 、稳定性好、催化活性高、见效快、能耗低、可重复使用等优点。 本文探讨了罗丹明 B 光催化降解的研究。 滨州学院学士学位论文 4 TiO2 的光 催化机理 及制备 自从在 1972年 Fuiishima和 Honda发现具有光分解水功能的 TiO2单晶电极以后，半导 体多相光催化反应引起人们的浓厚兴趣。 由于半导体光催化具有操作简单、能耗低、反应条件温和与无二次污染等优点 ， 成为了近年来日益受重视的环境污染治理新技术，并广泛研究 [15]。 TiO2 的光催化机理 TiO2的晶型中锐钛矿型的光催化活性最高 [16]。 TiO2光催化是以能带理论为基础，将 N 型半导体作为敏化剂的一种光敏氧化法。 TiO2 之所以能作为光催化剂，原因在于其作为 N 型半导体的能带是不连续的，在能量较低的价带 VB 和能量较高的导带CB之间存在一个禁带。 当用能量大于等于禁带宽度 ES 的光照射 TiO2 时，其价 带上的电子就会激发跃迁到导带上，同时在价带上产生相应的空穴。 电子 空穴的寿命很短，一般只有几皮秒。 但是足够吸附在半导体表面的物质（待降解物）俘获电子或者空穴，实现氧化还原降解。 价带的空穴具有很强的得电子能力，即强氧化性，可夺去吸附在半导体颗粒表面有机物和溶剂中的电子，使之彻底氧化为 CO H2O 和其它无机物。 导带的电子具有强还原性，能还原大多数金属离子以及还原溶解的氧气生成超氧自由基 (O2)和双氧水 (H2O2)。 TiO2 光催化技术的应用 光催化是一种效应，其实许多物质都具有这种效应，如氧 化锌、氧化硅、氧化钛等，但二氧化钛对人体无毒无害。 而从光催化剂应用的前景来看，主要应用领域包括：一是二氧化钛涂层的自洁净功能，将二氧化钛涂覆在建筑材料、交通工具、室内装修材料的表面，即能分解这些表层的污染物，再通过雨水的清洗即可实现自洁效果；二是 超亲水性能用于制备防雾设备，三是空气和水资源的净化，自 从发现TiO2 的光催化活性以来，利用 TiO2 的光催化性质处理污水中的有机污染物就成为应用 TiO2 的一种最直接的方面， 如对上下水源的处理，工厂排水、农业排水的处理等。 四是 实验结果表明，将二氧化钛涂覆在盛水的容器上， 光照后发现能产生杀菌效果，起到很好的净化效果。 光催化的抗菌效果比传统灭菌方法更有优势。 TiO2 的制备方法 物理法 : 滨州学院学士学位论文 5 把样品预先处理为气相 然后 在液氮的气氛下 冷凝成核制得纳米 TiO2 粉体，但该方法不适用于制备沸点较高的半导体氧化物。 ： 工艺较简单，但制得的粉体形状不规则，颗粒尺寸大，均匀性差。 化学法 1. 溶胶 凝胶法 溶胶 凝胶法制备 TiO2 是当今研究最多和最具有工业化前景的方法 [17,18]。 通常以Ti 的金属醇盐作为前驱体，将其加入到水和乙醇 的混合溶液中，然后再调节溶液的pH 值，并加入酸等抑制剂来抑制 Ti 金属醇盐的强烈水解，再通过羟基缩合，进一步交联，最后得到透明的溶胶。 其反应过程如下： 水解反应： Ti(OR)4+4H2O→ Ti(OH)4+4ROH 失醇缩聚： Ti(OH)4+Ti(OR)4→ 2TiO2+4ROH 失水缩聚： Ti(OH)4+Ti(OH)4→ 2TiO2+4H2O 溶胶 凝胶法还可以 Ti 无机盐作为前驱体，直接将其加入到去离子水中调节 批pH 值，水解后去除 Cl－ 离子即可制得溶胶。 经干燥、煅烧，即可得到 TiO2 粉体 [19]。 此法最突出的优点 是 反应物分子在分子水平上均匀混合 ，并且制得粒子的粒径分布窄、工艺较简单、容易进行掺杂来实现改性提高催化活性。 2. 浸渍法 浸渍法将载体放进含有 活性物质的液 体 或气体中浸渍，活性物质逐渐 吸附于载体的表面，当浸渍平衡后，去除剩余液体 ，再进行干燥、焙烧、活化等制得催化剂。 浸渍法适用于制备稀有贵金属 催化剂。 3. 离子交换法 利用离子交换的手段把活性组分以阳离子形式交换吸附在载体上，适用于低含量、高利用率的贵金属催化剂。 4. 沉淀法 将沉淀剂加入金属盐类溶液，得到沉淀后再洗涤，干燥，焙烧，研磨，活化，制得催化剂。 本文利用溶胶 凝胶法制备 TiO2SiO2催化剂。 滨州学院学士学位论文 6 响应面实验 响应面优化法 ， 即响应曲面法 (Response Surface Methodology， RSM)，同正交试验一样也是一种最优化方法，适宜于解决非线性数据处理的相关问题 ，考虑了试验随机误差。 它是将体系的响应（如萃取化学中的萃取率）作为一个或多个因素（如萃取剂浓度、酸度等）的函数，运用图形技术将这种函数关系显示出来，以供我们凭借直觉的观察来选择试验设计中的最优化条件。 由于响应面法具有实验次数少、精密度高、预测性能好等优点 ， 近年来受到应用。 罗 勇胜等 [20]运用响应面实验设计研究光合细菌与芽孢杆菌协同作用时的用量和最佳配比。 王拯等 [21]通过建立响应曲面模型得到光催化剂 TiO2/Al2O3/Fe2O3 降解染料的最佳的初始 pH 值、光强和光催化剂浓度。 借鉴以上研究成果， TiO2SiO2 催化剂光催化降解罗丹明 B 利用响应面法寻找降解的最优条件。 滨州学院学士学位论文 7 第二章 实验研究的目的意义及方案设计 研究的目的意义 印染工业 生产中会产生大量的有机废水，如不及时处理会对环境造成较大的污染，危害人们的生活。 罗丹明 B 具有较高的难降 解性和易累积等特点，对生态系统和人类身体健康构成了严重威胁。 因此水中罗丹明 B 的危害引起了世界范围的广泛关注。 TiO2 光催化处理废水则是近年来新兴发展的一种方法。 本课 题使用响应面法寻找最优条件。 同时了解光催化作用的原理和方法、催化剂的制备。 研究的内容 （ 1） 溶胶凝胶法制备 TiO2SiO2 催化剂。 （ 2） 响应面法 求得光催化降解罗丹明 B 的最佳条件。 研究目标 本论文主要研究目标是找到光催化降解罗丹明 B 的最佳工艺条件，为光催化降解 用于处理有机废水提供理论实验依据。 研究方案设计 实验材料及仪器 表 本实验采用的化学试剂 品名 规格 生产公司 无水乙醇 分析纯 天津天利化学试剂有限公司 硅酸乙酯 分析 纯 天津光复精细化工研究所 钛酸丁酯 化学纯 天津光复精细化工研究所 聚乙二醇 400 化学纯 天津市福晨化学试剂厂 罗丹明 B 分析纯 天津纵横兴工贸有限公司化工试剂公司 盐酸 分析纯 莱阳经济技术开发区精细化工厂 氢氧化钠 分析纯 上海科帆华工科技有限公司 滨州学院学士学位论文 8 表 本实验采用的 仪器 名称 型号 生产公司 电动搅拌器 100W JJ1 型 深圳天南海北实业有 限公司 光化学反应仪 XPA7 系列 南京胥江机电厂 紫外分光光度计 Agilent8453 济南胜利仪器公司 马弗炉 MFL8000 型 上海胜利仪器公司 数显磁力搅拌加热器 SHE1000 型 江苏金坛市金祥龙电子有限公司 低转速台式大容量离心机 TDL40C 型 瑞奖牌系列离心机 分析天平 FA1204B 型 岛津国际贸易（上海）有限公司生产 pH 计 PHS25 型 上海精密科学仪器有限公司 实验方法及过程 一、 TiO2SiO2 催化剂 的制备 （一） TiO2SiO2 溶胶的制 备 A 溶液： 取 10 ml正硅酸乙酯溶于 10 ml 乙醇中，再加入 %（ w） 的 HCl 水溶液搅拌 30 min。 B 溶液：取 20 ml 钛酸四丁酯溶于 20 ml 乙醇中。 在快速搅拌 A 液下，将 B 液缓慢加入，同时滴加 gPEG(聚乙二醇 )所加 PEG与溶胶中 (SiO2+TiO2)的质量一样然后剧烈搅拌 1 h 得到 溶胶。 （二） TiO2SiO2 粉体的制备 把制得溶胶放入 80 ℃ 下的 恒温 干燥箱中干燥 5 h， 研磨 得到粉末， 然后 再 放入马弗炉 中从室温 以 ℃ /min 的速度 加热至 450 ℃ ，保温 2 h，制得 TiO2SiO2 粉体催化剂。 二 、 TiO2SiO2 催化降解罗丹明 B 实验 将罗丹明 B 溶液模拟污水加入 光催化反应 装置中， 加入制得 TiO2SiO2 催化剂，在磁力搅拌器的搅拌下进行光催化降解实验，隔一段时间取样， 然后在紫外分光光度计上测吸光度， 并计算降解率。 滨州学院学士学位论文 9 图 光催化装置外部图 图 光催化装置 通过 RB 在催化剂表面上的吸附行为，确定吸附在 RB 的光催化降解过程中的作用，为了避免光催化降解，吸附实验 在暗室内进行。 具体操作：称取 g的TiO2SiO2 光催化剂，量取 50 ml 浓度分别为 mg/L 的 RB 溶液 于 石英试管放入光 反应器 中 进行反应，每隔 10 min 取水样， 离心 取上层清液进行吸光值测定，分析溶液浓度变化，直到浓度不再变化，即达到吸附和脱附平衡。 B 溶液 的 pH值对 罗丹明 B 的 降解 率 的影响 用分析 天平秤取 g 的 罗丹明 B 于 1000 mL 的容 量瓶中， 得到 mg/L的溶液， 用 NaOH 溶液或 HCl溶液调节溶液的 pH 值（ pH分别为 2， 3， 4， 5， 7，8， 9）， 测其 吸光度。 分别取 50 ml 不同 pH 值的 罗丹明 B 于石英试管 中 并放入转子 ， 加入相同质量 g 的催化剂， 混合后在 25 ℃ 下放入光催化反应仪，打开磁力搅拌器 45 min（ 100 转 /min） ， 让罗丹明 B 充分吸附在催化剂上，然后开 250 W紫 外灯 ， 光照 h， 取样 离心， 取上层清液进行吸光值测定 用紫外分光光度计测降解后的吸光度 ，计算 罗丹明 B 的 降解 率。 催化剂用量 对 降解 率 的影响 用分析 天平秤取 g的罗丹明 B 于 1000 mL 的容量瓶中 ，调节溶液 pH=6，取 50 ml 的罗丹明 B 溶液 于石英试管中 并放入转子 ， 称量 g， g， g， g， g。