【文章內(nèi)容簡介】 圖232B圖233A 圖233B 圖234A 圖234B在制備溶膠試樣時，、制備出摻雜ZnO的納米TiO2試樣。移取10mL濃度為2180。105 molL1的羅丹明B試液于稱量瓶中， TiO2均勻分散在羅丹明B中，保證催化劑的量為10mgL1，pH=（10mgL1的羅丹明B試液pH=）。將稱量瓶置于紫外燈下照射，將處理好的溶液經(jīng)精細(xì)抽濾裝置抽濾后，用紫外可見分光光度計掃描出吸光度A值，并計算出不同溶膠pH下的降解率。結(jié)果如圖211和212。 圖251不同溶膠試樣pH條件下的吸光度 圖252不同溶膠試樣pH條件下的降解率當(dāng)pH3時，隨著pH值的增大，凝膠時間相應(yīng)的延長，這是因為溶液中[Ti(OH)2]2+水合離子部分游離出的OH與溶液中的H+反應(yīng)，生成了相對穩(wěn)定的Ti4+，因而延長了凝膠時間，使得段稍后的粉末顆粒度減小，光催化性能增高；當(dāng)pH3時，隨著pH 值的增大，凝膠時間逐漸縮短一方面是因為溶液酸性增強時，[H+]濃度升高，會抑制水分子的電離，從而抑制鈦酸四丁酯的進一步水解；另一方面隨著pH 值的增大，溶膠酸性減弱，堿性增強，[OH]濃度增大，聚合反應(yīng)速率增大，所以凝膠時間明顯縮短，這樣顆粒度增加，光催化性能下降。由圖251和圖252可知，當(dāng)pH=3時，試樣的顆粒度達到最小，光催化效率最高，顯示出有一個峰值。 在制備溶膠試樣時，通過用馬弗爐調(diào)節(jié)控制煅燒溫度分別350oC、400oC、450oC、500oC，制備出不同溫度下?lián)诫sZnO的納米TiO2試樣。移取10mL濃度為2180。105 molL1的羅丹明B試液于稱量瓶中， TiO2均勻分散在羅丹明B中，保證催化劑的量為10mgL1，pH=（10mgL1的羅丹明B試液pH=）。將稱量瓶置于紫外燈下照射（其它條件不變），將處理好的溶液經(jīng)精細(xì)抽濾裝置抽濾后，用紫外可見分光光度計掃描出吸光度A值，計算出不同煅燒溫度下的降解率。結(jié)果如圖213和214。圖253不同煅燒溫度下的吸光度 圖254不同煅燒溫度下的降解率由圖253和圖254可知，隨著溫度的升高，降解率不斷的提高，這是因為溫度的升高使TiO2價帶上的電子更容易被激發(fā)到導(dǎo)帶上產(chǎn)生帶負(fù)電的高活性電子e 并在價帶上產(chǎn)生帶正電荷的空穴h+ 形成氧化還原體系溶解氧水與電子及空穴發(fā)生作用，最終產(chǎn)生具有很強氧化特性的HOOOH自由基，使羅丹明B最終降解為CO2和H2O。ZnO的摻入在半導(dǎo)體晶格中引入缺陷位置或改變結(jié)晶度等，影響了電子與空穴的復(fù)合或改變了半導(dǎo)體的激發(fā)波長，從而改變了Ti02的光催化活性，使催化性能顯著提高；當(dāng)溫度過高時，可能破壞了試樣的晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)從而使得光降解效率反而降低。 羅丹明B的最大吸收波長選擇10mg/L的羅丹明B溶液的紫外光譜掃描圖如圖215： 由光譜掃描圖可知，羅丹明B的最大吸收峰的波長為554nm。.圖215 10mg/L的羅丹明B溶液的紫外光譜掃描圖 降解羅丹明B的計算公式準(zhǔn)確稱取100mg/L的羅丹明B稀釋10倍于1L容量瓶中配成2180。105 molL1的溶液放在棕色容量瓶中留以待用。用移液管準(zhǔn)確移取10ml羅丹明B溶液于25mL稱量瓶中，加入10mg制備好的的TiO2粉末，放在紫外燈下光照60min（驗證TiO2在不同反應(yīng)條件下的催化效果），將催化后的溶液用高壓抽濾裝置將TiO2除去，取清液用紫外可見分光光度計測定其吸光度（A），通過吸光度（A）計算降解率（a），計算公a=(A0A)/A0 180。100% （12） 式中：a降解率；A0濃度為2180。105mol/L的未經(jīng)振蕩的空白品紅溶液在其最大吸收波長處（544nm）的吸光度值；A實驗測得的在最大吸收波長處的經(jīng)過TiO2固體粉末降解的羅丹明B溶液的吸光度 實驗內(nèi)容準(zhǔn)確稱取100mg/L的羅丹明B稀釋10倍于1L容量瓶中配成2180。105 molL1的溶液放在棕色容量瓶中留以待用。用移液管準(zhǔn)確移取10ml羅丹明B溶液于25mL稱量瓶中，加入10mg制備好的的TiO2粉末，放在紫外燈下光照60min（驗證TiO2在不同反應(yīng)條件下的催化效果），將催化后的溶液用高壓抽濾裝置將TiO2除去，取清液用紫外可見分光光度計測定其吸光度（A），通過吸光度（A）計算降解率（a）。注：在大量的實驗前提下，我們得到這樣一個結(jié)論:將加有TiO2的羅丹明B試液光照60min后，于高壓抽濾裝置除去催化劑TiO2之前，因本實驗采用的幾個um的有機濾膜對羅丹明B有強烈的吸附作用，需用純的羅丹明B溶液沖洗濾膜，使其達到吸附平衡，之后再抽濾除去TiO2方可得到上層清液合理的、正確的吸光度數(shù)據(jù)。 結(jié)果與討論（1）光照波長對降解率的影響 移取10mL濃度為2180。105 molL1的羅丹明B試液于稱量瓶中， TiO2均勻分散在羅丹明B中，保證催化劑的量為10mgL1，pH=（10mgL1的羅丹明B試液pH=）。將稱量瓶置于紫外燈下照射，、+（其它條件不變），將處理好的溶液經(jīng)精細(xì)抽濾裝置抽濾后，用紫外可見分光光度計掃描出特定條件下的吸光度A值，代入公式12，計算出不同光照波長下的降解率。結(jié)果如圖216和217。圖241不同光照波長下的吸光度 圖242不同光照波長下的降解率通過與10mg/L的羅丹明B試液紫外可見光譜圖相比，由圖241可以確定納米TiO2的加入起到了顯著的催化效果，%，這一點通過紫外可見圖形中的A值也可以直觀的展現(xiàn)出來。同時，雙波長的次之， 并在價帶上產(chǎn)生帶正電荷的空穴h+ 形成氧化還原體系，溶解氧與電子及空穴發(fā)生作用，最終產(chǎn)生具有很強氧化特性的羥基自由基和O2 ，使有機物氧化為COH2O 等簡單的無機物。(2）光照時間對降解率的影響，分別在30min、45min、60min、75min、90min、120條件下（其它條件同光照波長對降解率的影響），在紫外燈下催化降解，經(jīng)高壓抽濾，紫外可見分光光度計測試并計算得圖218和219。 圖243不同光照時間下的吸光度 圖244不同光照時間下的降解率由圖243和244可以看出羅丹明B的吸光度值隨著時間的延長而逐漸變小，降解率卻變大。在時間延續(xù)的初始階段由于羥基自由基和O2的大量積累，降解率又開始提高，并在短時間內(nèi)敘述提高到最大，時間與降解率幾乎呈近直線的關(guān)系，說明降解反應(yīng)達到一種動態(tài)中的平衡；之后，隨著羥基自由基和O2的大量消耗，時間延長而降解率反而顯著減小了，并逐漸又平緩了，是一種過程的自然趨勢。(3）催化劑用量對降解率的影響固定光照時間為60min，分別在催化劑用量1mg、3mg、5mg、10mg、30mg、50mg條件下（其它條件同光照時間對降解率的影響），在紫外燈下催化降解，經(jīng)高壓抽濾，紫外可見分光光度計測試并計算得圖220和221。圖245不同催化劑用量下的吸光 圖246不同催化劑用量下的降解率由圖245和246可以看出隨著催化劑投加量的增加，羅丹明B的降解速率增大，繼續(xù)增加催化劑投加量反而使羅丹明B 的脫色速率降低。原因可能是: 當(dāng)催化劑的量較少時，大量的羅丹明B不能充分地與催化劑顆粒接觸，光源產(chǎn)生的光量子不能被充分利用；隨著催化劑用量的增加，光催化活性中心也增多，因而催化效果明顯增加；當(dāng)催化劑增加到一定濃度時，催化劑吸收光量子能力達到飽和，多余的催化劑反而會對光源產(chǎn)生遮蔽作用，從而降低催化劑的光催化效果，同樣也造成了光催化劑的浪費。（4）羅丹明B溶液的pH對降解率的影響固定光催化加用量為10mg，分別將羅丹明B液（10mgL1的羅丹明B試液pH=）的酸度調(diào)節(jié)為pH=、、（其它條件同催化劑用量對降解率的影響），在紫外燈下催化降解，經(jīng)高壓抽濾，紫外可見分光光度計測試并計算得圖222和223。圖247不同染液pH下的吸光度 圖248不同染液pH下的降解率如上圖所示，pH越高降解率反而越低。這可能是因為在納米TiO2催化劑表面形成HOOH自由基一般壽命較短，只有在酸度較高的條件下，羅丹明B分子才更容易接近催化劑的表面以便被HOOH自由基破壞。但降解率的圖形顯示在pH=，這正是未改變酸度的羅丹明B溶液的pH，很顯然，改變酸度使羅丹明B的結(jié)構(gòu)和性能有了一定變化，這一現(xiàn)象的原因，有待于進一步探討。實驗中采用羅丹明B，為了不改變羅丹明B的性質(zhì)，應(yīng)將羅丹明B的酸度控制在pH=，否則就無法客觀表征其催化效果。（5）羅丹明B溶液的初始濃度對降解率的影響，分別將10mgL1的羅丹明B試液的初始濃度調(diào)節(jié)為pH=2mg/L、5mg/L、10mg/L、20mg/L條件下（其它條件同催化劑用量對降解率的影響），在紫外燈下催化降解，經(jīng)高壓抽濾，紫外可見分光光度計測試并計算得圖224和225。圖249不同染液初始濃度下的吸光度 圖2410不同染液初始濃度下的降解率隨著羅丹明B初始濃度由2mg/L增加到20mg/L，降解速率會有所增加，但基于以下兩點原因：（1）催化劑ZnO/TiO2可吸附反應(yīng)物中的活性位數(shù)有限；（2）染料濃度過大， 表層溶液可能對光線形成遮蔽作用。因而繼續(xù)增大反應(yīng)物濃度，降解速率應(yīng)該有所下降。然而實驗結(jié)果卻是不斷上升，這可能是由于剛換濾膜，濾膜對羅丹明B液的吸附還沒有達到飽和而致。又因10mg/L的羅丹明B降解前后的吸光度適合（5mg/L的羅丹明B液降解效率不高而20mg/L的羅丹明B液吸光度太大），故選擇初始濃度為10mg/L的羅丹明B液作為做實驗的一個固定條件。 小結(jié)由于羅丹明B含有苯環(huán)在一般的條件下很難大量降解，TiO2的加入，紫外燈照射環(huán)境的存在，加速了降解過程，使羅丹明B的降解率大大提高。從羅丹明B的結(jié)構(gòu)式可以看出NHCOOH的存在，使其可以與TiO2構(gòu)型變化衍生出的HOOOH自由基發(fā)生氧化還原反應(yīng)，使酸性品紅最終降解為CO2和H2O。TiO2光催化降解酸羅丹明B的反應(yīng)受各方面因素的影響[8，12，18，19]，光照波長、光照時間，pH、催化劑用量、初始濃度等都不同程度的影響催化劑的降解效果。上述實驗結(jié)果顯示當(dāng)選定光照波長時，隨著光照時間的延長降解率不斷的提高，反映了時間效益的近正比例關(guān)系，時間可以延續(xù)氧化還原反應(yīng)的過程，但時間過長羥基自由基和O2的大量消耗，降解率卻反而顯著減小了，最終將影響降解率的大小。與此同時，時間對一般的反應(yīng)都會有不同程度的影響，因此它不是決定催化過程的關(guān)鍵因素。pH的大小左右著HOOOH自由基的生存空間和形式，實驗結(jié)果顯示pH越高降解率越小，說明高酸度有利于各自由基的生存，促進反映向有機物降解的方向進行。pH=，而pH=，說明外加醋酸和氨水使羅丹明B的存在形式有了一定的變化，從而改變了降解效率。外加醋酸和氨水對羅丹明B的結(jié)構(gòu)和性能的的影響很難檢測，所以出現(xiàn)這一現(xiàn)象的根本原因有待于進一步的實驗和討論。催化劑用量并不是越高越好，因為TiO2粉體只是混參在品紅中，一定的溶液太多的顆粒就會影響光催化降解的效果，以致干擾能量的傳輸。 gL1 的催化劑濃度可以帶來最理想的降解效果。光照波長對羅丹明B的降解進程有著關(guān)鍵性的影響，、+。資料顯示在小于等于370nm時降解率會很大。由于光催化反應(yīng)復(fù)雜，目前還沒有統(tǒng)一的合理解釋，因此造成這一現(xiàn)象的原因有待于進一步的深入研究探討。，光照時間60min， gL1，pH=，初始濃度為10mg/L時，%。 摻雜ZnO的納米TiO2光催化降解羅丹明B的性能研究 實驗內(nèi)容準(zhǔn)確稱取100mg/L的羅丹明B稀釋10倍于1L容量瓶中配成2180。105 molL1的溶液放在棕色容量瓶中留以待用。用移液管準(zhǔn)確移取10ml羅丹明B溶液于25mL稱量瓶中，加入10mg制備好的的摻雜ZnO的納米TiO2粉末，放在紫外燈下光照60min（驗證TiO2在不同反應(yīng)條件下的催化效果），將催化后的溶液用高壓抽濾裝置將TiO2除去，取清液用紫外可見分光光度計測定其吸光度（A），代入公式（12），之后做出相應(yīng)的圖。 注：在大量的實驗前提下，我們得到這樣一個結(jié)論:將加有TiO2的羅丹明B試液光照60min后，于高壓抽濾裝置除去催化劑TiO2之前，因本實驗采用的幾個um的有機濾膜對羅丹明B有強烈的吸附作用，需用純的羅丹明B溶液沖洗濾膜，使其達到吸附平衡，之后再抽濾除去TiO2方可得到上層清液合理的、正確的