【正文】 濰坊學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）正文 NaNO3和NaCO3對(duì)光催化降解活性染料K3R的影響研究摘要 二氧化鈦是最具開(kāi)發(fā)前途的綠色環(huán)保型催化劑，本文即以納米二氧化鈦為光催化劑對(duì)活性艷蘭K3R染料溶液進(jìn)行光催化降解實(shí)驗(yàn)研究，并用透射電鏡和紅外光譜對(duì)其進(jìn)行表征，通過(guò)改變?nèi)玖先芤篜H值、在最適PH值下加入不同濃度的硝酸鹽和碳酸鹽等，探討了pH值與鹽效應(yīng)對(duì)光催化降解K3R的降解規(guī)律，并進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析。結(jié)果表明，在紫外光引發(fā)催化降解條件下，當(dāng)染料溶液PH分別為2～4和12～13時(shí)，染料降解率最大；光催化體系中的硝酸根對(duì)染料K3R的降解作用影響不大，碳酸根則有明顯的促進(jìn)作用，且當(dāng)濃度為13～15g/L時(shí)，降解率最大；碳酸鈉對(duì)染料降解符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)規(guī)律，而硝酸鈉則不符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)。關(guān)鍵詞 光催化降解 二氧化鈦 動(dòng)力學(xué) 鹽效應(yīng) PH值NaNO3 and Na2CO3 light catalytic degradation of reactive dyes K 3 R impact studyAbstract TiO2 is the most development prospects of green, environmentally friendly catalysts, in this paper, the nano titanium dioxide as photocatalyst for reactive brilliant blue K – 3R dye solution photocatalytic degradation experiments, using transmission electron microscopy (sem) and ir characterization, by changing the dye solution PH value, under the optimum PH value adding different concentrations of nitrate and carbonate, etc., this paper discusses the effect of PH and salt light catalytic degradation of K – 3R, and a dynamic analysis was carried out. The results showed that under the condition of catalytic degradation by uv irradiation, respectively when the dye solution PH 2 ~ 4 and 12 ~ 13, dye degradation rate maximum。 Nitrate of photocatalytic system effect on the degradation of dye K 3 R, carbonic acid root has obvious role in promoting, and when the concentration is 13 ~ 15 g/L, maximum degradation rate。 Sodium carbonate on the dye degradation of pseudofirstorder kinetics, while sodium nitrate is not in conformity with the first order kinetics. Keywords photocatalytic degradation TiO2 kinetics salt effect pH value NaNO3和NaCO3對(duì)光催化降解活性染料K3R的影響研究1前言當(dāng)前，化學(xué)工業(yè)與印染工業(yè)迅猛發(fā)展，據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年排入環(huán)境中的印染廢水高達(dá)6～7億噸，造成了嚴(yán)重的水污染。由于其成分復(fù)雜，有機(jī)物含量高，色度和COD高，大都具有毒性，而廢水的生物降解率低，排放量又非常大，對(duì)水生生態(tài)系統(tǒng)及周邊環(huán)境造成影響，對(duì)人類生活的危害也越來(lái)越大。特別是化學(xué)纖維的快速發(fā)展，各種新型助劑、化學(xué)染料和漿料的大量應(yīng)用，使得染料廢水的可生化性越來(lái)越差，處理難度加大。染料廢水的處理已迫在眉睫。對(duì)于染料廢水的處理，國(guó)內(nèi)外主要采用生化法，有些串聯(lián)以化學(xué)法［1］。但生化法在脫色方面一直差強(qiáng)人意，而傳統(tǒng)的活性炭吸附法、絮凝法、氣提法等并未把染料廢水中的有機(jī)物徹底分解，因而易造成二次污染。隨著人們環(huán)境意識(shí)的增強(qiáng)，開(kāi)發(fā)高效、低耗、適用范圍廣和有深度氧化能力的化學(xué)污染物的清除成為人們環(huán)保技術(shù)追求的目標(biāo)。因而光催化氧化法被認(rèn)為是最具前途的水處理更新技術(shù)之一。［2］以半導(dǎo)體為催化劑的光催化廢水處理技術(shù)始于1972年Fujishima和Honda關(guān)于半導(dǎo)體二氧化鈦單晶光解水的論文[3]發(fā)表，且日益受到科學(xué)家們的追捧。其中，二氧化鈦化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，催化性能優(yōu)良，反應(yīng)條件溫和、降解無(wú)選擇性、光穩(wěn)定性好且廉價(jià)無(wú)毒，成為最具研究性的綠色環(huán)保型催化劑。 多相光催化是指在有光參與時(shí)，發(fā)生在催化劑及其表面吸附物（如COH2O分子和被分解物等）多相之間的一種光化學(xué)反應(yīng)。 光催化氧化是以n型半導(dǎo)體為催化劑的光敏氧化法。它以能帶理論為基礎(chǔ)，由一個(gè)滿電子的低能價(jià)態(tài)（VB）和一個(gè)空的高能量的導(dǎo)帶（CB）構(gòu)成，價(jià)帶和導(dǎo)帶之間存在禁帶，禁帶大小稱為禁帶寬度（Eg）。一般半導(dǎo)體的Eg小于3ev。當(dāng)照射光的能量等于或大于半導(dǎo)體的禁帶寬度時(shí)，半導(dǎo)體發(fā)生對(duì)光的吸收，價(jià)帶的電子躍遷到導(dǎo)帶，在導(dǎo)帶上生成帶負(fù)電荷的高活性電子（e），而價(jià)帶上則產(chǎn)生帶正電荷的空穴（h+）， TiO2+hv→TiO2(e)+TiO2(h+) （1）如圖1，帶負(fù)電荷的電子往一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，相當(dāng)于帶正電荷的空穴往相反方向移動(dòng)，這種遷移可以到半導(dǎo)體粒子表面，如果在半導(dǎo)體顆粒表面已經(jīng)存在被吸附的有機(jī)和無(wú)機(jī)物，就會(huì)生成表面反應(yīng)，電子能夠還原被吸附的電子受體，空穴能夠獲得由表面吸附的電子供體的電子。分離的電子和空穴的復(fù)合既可以發(fā)生半導(dǎo)體內(nèi)也可以發(fā)生在半導(dǎo)體外，當(dāng)電子和空穴重新相遇時(shí)他們的能量會(huì)以輻射方式散發(fā)掉。TiO2(e)+TiO2(h+)→輻射能 （2）對(duì)于染料光催化降解來(lái)說(shuō)，在可見(jiàn)光照射下，染料溶液的TiO2光催化降解不僅破壞了染料分子中的共軛發(fā)色體系，而且破壞了其結(jié)構(gòu)，吸附在TiO2 表面上的染料被激發(fā)后，向TiO2導(dǎo)帶注入一個(gè)電子生成正碳自由基，導(dǎo)帶中的電子可以和溶解在水中的O2生成O2，并進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成HOO或OH自由基。這些活性氧類進(jìn)攻染料自由基OH后，與發(fā)色基團(tuán)中ArN=NAr的N=N反應(yīng)生成ArNO等，經(jīng)過(guò)一系列復(fù)雜的氧化反應(yīng)，染料被分解生成小的有機(jī)及礦化產(chǎn)物(如H2O、CO2等)。如圖1所示。 圖1. 氧化鈦降解機(jī)理 TiO2光催化劑的表面性質(zhì)與反應(yīng)動(dòng)力學(xué)TiO2是一種多晶型氧化物，在自然界中存在三種形態(tài)：金紅石（Rutile）、銳鈦礦（Anatase）和板鈦礦（Brookite）。其中銳鈦礦TiO2較負(fù)的導(dǎo)帶對(duì)O2的吸附能力較強(qiáng)，比表面積較大，光生電子和空穴容易分離，且銳鈦礦TiO2晶格中含有較多的缺陷和錯(cuò)位，能產(chǎn)生較多的氧空位來(lái)捕獲電子，而氧空位是光催化反應(yīng)中將 H2O氧化為H2O2的活性中心。此等因素使得銳鈦礦