二氧化钛光催化剂降解甲基橙影响因素研究实验方案
一 实验目的
不同因素对二氧化钛光催化剂降解甲基橙的影响
二 实验原理
光催化的原理是利用光来激发二氧化钛等化合物半导体，利用它们产生的、电子
和空穴来参加氧化—还原反应。 当能量大于或等于能隙的光照射到半导体纳米
粒子上时，其价带中的电子将被激发跃迁到导带，在价带上留下相对稳定的空穴，
从而形成电子—空穴对。由于纳米材料中存在大量的缺陷和悬键，这些缺陷和悬
键能俘获电子或空穴并阻止电子和空穴的重新复合。这些被俘获的电子和空穴分
别扩散到微粒的表面，从而产生了强烈的氧化还原势.光催化剂对于化学反应的
催化降解机理是，当催化剂受到可见光照射并吸收光能后，会发生电子跃迁成 电
子－空穴对．然后使吸附于催化剂表面的有机污染物发生氧化还原反应进行降
解，或者氧化其表面吸附的 氢氧根( OH－ ) ，使之生成氧化性更强的羟基自由
基( ·OH) ．通过这些过程最终将体系中的污染物氧化成水、 二氧化碳和无机
盐等物质． TiO2 作为一种性能优异的半导体光催化剂，已经被很多的科研工作
者进行过研究。
三 实验仪器和试剂
甲基橙 二氧化钛 盐酸 氢氧化钠 氯化钾 pt 72型分光光度计 磁力搅拌器
四 二氧化钛的制备
制备二氧化钛的方法有很多本实验采用溶胶-凝胶法
将钛酸丁脂与无水乙醇按一定比例混合搅拌，通过超声波震荡形成溶胶，再将其凝胶固
化，最终通过热处理焙烧制得 TiO2 薄膜材料。
Ti(OR)n+H2O → Ti(OH)n+ROH （1）
-Ti–OH+HO-Ti- → -Ti–O-Ti+H2O （2）
-Ti-OR+HO-Ti- → -Ti-O–Ti+ROH （3）
式中的 R 为有机基团。最后获得的氧化物的结构和形态依赖于水解和缩聚反应的相对
反应程度，当金属 - 氧桥 - 聚合物达到一定宏观尺寸时，形成网状结构从而溶胶形成
凝胶。经加热烘干，得到黄色的晶体，再将其研磨成粉末，最后再经过热处理得到二氧
化钛。
五 实验方法
光催化反应具体过程称取 0 .500 g TiO2 ,量取250ml浓度为20mg/l甲基橙溶液置于反
应器中经磁力搅拌15 min后, 引入光源, 反应过程中,控制溶液温度 ,每隔一定的时间
取样, 离心分离, 取上层清液 ,利用紫外分光光度仪测定甲基橙的吸光度并求出其浓
度 .（先用紫外可见分光光度计做甲基橙标准溶液的标准曲线,然后测试催化后的溶液吸
光度,在曲线上找到对应的浓度)
六 对比条件
1 不同的PH的影响
2 不同温度的影响
3 二氧化钛的浓度的影响
4 Zn等金属的影响
5 光照强度的影响
6 氯离子是否有影响
1不同PH影响实验步骤
甲基橙是一种酸碱指示剂, 在酸性和碱性条件下 分别有醌式和偶氮两种结构。改变溶
液的 pH 值, 可 以观察两种结构的甲基橙溶液光降解矿化的难易程度。甲基橙溶液的
初始浓度为 15mg/L , TiO2 的投加量为 0.500g, 以 0 .5mol/L HCL 0 .5mol/L NaOH
调节溶液的 pH 值为 3 、5 、7 、9 、11 , 然后进行光照降解, 每隔 10min 取样一
次, 测定其吸光度.
PH 3 5 7 9 11
吸光度
甲基橙的浓
度
2不同温度的影响
称取 0 .500 g TiO2 ,量取甲基橙溶液置于反应器中经磁力搅拌15 min后, 引入光源。
对溶解进行不同温度的控制10..20.30.40。然后进行光照降解, 每隔 10min 取样一次,
测定其吸光度.
温度
10 20 30 40
吸光度
甲基橙的浓度
3二氧化钛浓度的影响
分别称取0.250g 0 .500 1.000 g TiO2 ,量取甲基橙溶液置于反应器中经磁力搅拌15
min后, 引入光源。然后进行光照降解, 每隔 10min 取样一次, 测定其吸光度.
二氧化钛的用量
0.250g 0.500g 1.000g
吸光度
甲基橙的浓度
4Zn等贵金属的影响
称取 0 .500 g TiO2 ,加入Zn金属然后量取甲基橙溶液置于反应器中经磁力搅拌15 min
后, 引入光源。然后进行光照降解, 每隔 10min 取样一次, 测定其吸光度.
Pt的有无 不计入pt 加入pt
吸光度
甲基橙的浓度
5 光照强度的影响
称取 0 .500 g TiO2 ,量取甲基橙溶液置于反应器中经磁力搅拌15 min后, 引入光源。
用不同强度的光进行光照降解, 每隔 10min 取样一次, 测定其吸光度.
光强 弱 一般 强
吸光度
甲基橙的浓度
6 氯离子是否有影响
因为在PH的影响实验中加入了氯离子所以要排除氯离子是否对二氧化钛光催化降解甲
基橙的影响。称取 0 .500 g TiO2 ,加入氯化钾然后量取甲基橙溶液置于反应器中经磁力
搅拌15 min后, 引入光源。然后进行光照降解, 每隔 10min 取样一次, 测定其吸光度.
氯离子有无 加入 不加入
吸光度
甲基橙的浓度
实验记录表
时间
10 20 30 40 50 60
吸光度
甲基橙的
浓度
试剂与仪器 用量
二氧化钛 1瓶
甲基橙 1瓶
0.5mol/l氢氧化钠溶液 1瓶
0.5mol/l盐酸 1瓶
Zn
少量
氯化钾 1瓶
分光光度计 1台
磁力搅拌器 1台
钛酸丁脂 1瓶
无水乙醇 1瓶