二元染料的纳米TiO_2可见光催化降解研究

【摘要】： 本课题用P-25纳米二氧化钛(TiO2)做催化剂研究对茜素红(AR)和靛蓝胭脂红(IC)组成的二元混合染料溶液可见光的光催化降解过程。运用各种分析手段对样品进行了表征,确定了混合溶液的降解条件、分析了降解过程、并推断了中间产物,得出了P-25为催化剂,可见光光催化降解AR和IC混合液的降解率。配制溶液所用溶剂为二次蒸馏水,光催化过程在自制的光反应暗箱中进行,光源为市售的碘钨灯,用滤光片滤去紫外光得到波长大于400nm的可见光。 以紫外-可见光光谱(UV-vis)为分析手段,通过对P-25用量、光催化过程溶液温度及溶液pH值的实验分析,确定了光催化降解染料混合液的适宜条件是：在常温下、催化剂P-25用量为2g／L、溶液的pH值调节到小于6的弱酸性。在这种条件下分别进行了AR和IC单体染料溶液和混合溶液的光催化实验,得到了三种溶液的UV-vis谱图和降解曲线,通过对光谱图中特征吸收峰变化的分析,确定反应中染料生色团C=O发生断裂重排,染料被降解；通过对降解浓度变化曲线的对比分析,发现了AR的加入引起IC降解速率的提高同时自身降解受抑制的协同降解效应,反应8h结束后,单一体系中AR的降解率为90.11%,IC的降解率为84.2%；二元体系中AR的降解率变小为86.1%,IC的降解率变大为87.38%。用NMR、荧光分析法分析了降解过程中间产物的类别,荧光分析法确定在光催化降解反应中有新的荧光物质产生,NMR分析表明降解过程中染料共轭程度减小,新的含苯环的中间产物出现。 论文从两方面分析了产生协同效应的原因：一是染料在P-25表面吸附的变化；二是降解机制中·OH和·H的作用。吸附动力学研究表明,混合后AR的表面吸附量明显降低,则光反应速率降低。降解机制分析表明,早期产生的·OH过多参与SO42-形成的反应,一定程度阻碍了AR的降解。混合染料初级反应产生的·H主要用于IC氨基化反应,这也是阻碍AR的降解的原因之一；混合初级反应使·H生成量增加,导致IC的氨基化反应加速,伴随生色团的重组,引起IC降解速率的提高。