文章编号:1671-1742(2006)05-0711-04
氧化亚铜可见光催化降解罗丹明B 的初步研究
张 丽, 杨迎春
(成都信息工程学院环境工程系,四川成都610225)
摘要:以Cu 2O 粒子为光催化剂,太阳光为光源,研究了Cu 2O 粒子对可溶性染料罗丹明B 的光催化降解情况。并考察了不同光源,光照时间,催化剂用量,双氧水加入量和溶液的酸度等对罗丹明B 光催化降解过程的影响。结果表明,Cu 2O 粒子在太阳光照射下,能较好地降解罗丹明B,其最佳反应条件为:罗丹明B 浓度为5mg/L ,催化剂(Cu 2O)为0175g /L ,pH 值为512,H 2O 2加入量110%,反应时间25min 。此条件下,罗丹明B 的降解率达到100%,即与在500W 高压汞灯紫外(K =365nm)光照下具有相同的降解效果。
关 键 词:氧化亚铜;罗丹明B;太阳光中图分类号:X70315 文献标识码:A
收稿日期:2005-09-08;修订日期:2005-09-28基金项目:四川省科技厅资助课题(04GY2004-010-2)
光催化法作为高级氧化技术的一种,具有反应条件温和,设备简单,二次污染小,且具有易于操作等优点,有望利用太阳光在光解水和环境治理等领域显示广阔的前景[1,2]。
近二、三十年来,国内外有关光催化方面的研究都聚焦在半导体光催化剂的研制与开发上。在光照下,半导体光催化剂能够使有机物完全矿化,生成CO 2和H 2O,这种方法具有无二次污染的特点,而且原则上催化剂可以重复使用,是一种简便易行的废水处理方法
[3]
。特别是染料废水治理方面,罗丹明B 作为一种应用广泛的二苯
并六元氧杂环系有机染料,因其废水的色度和化学耗氧量(COD)值高,可生化性差,用传统的污水处理方法无法得到满意的效果,光催化技术的发展为这一问题的解决提供了良好的途径。现在,采用最多的光催化剂是T iO 2,由于其具有较好的光催化活性,而且耐光腐蚀,受到广泛的重视[4~5]。但是,TiO 2只能利用波长小于385nm 以下的紫外光,这为利用大量而且廉价的太阳光带来了困难。氧化亚铜(Cu 2O)作为一种P 型半导体材料,在太阳光电池研究中,已证明Cu 2O 是一种良好的可见光催化剂,而且其稳定性超出人们的预期[6]。本文以染料罗丹明B 的光催化降解为例,探讨了催化剂Cu 2O 的使用量、H 2O 2、pH 值等因素对罗丹明B 光催化降解的影响。为进一步有效利用Cu 2O 可见光催化奠定一定的基础。
1 实验部分
111 仪器和试剂
500W 高压汞灯(北京三源华辉电光源制造有限公司)、GGY80Z 高压汞灯(长春市益光教学仪器厂)、JB -2型恒温磁力搅拌器(上海雷磁新泾仪器有限公司)、LDZ4-018低速离心机(成都新科仪器有限公司)、U V2550分光光度计(日本岛津公司)、PH S -3S 精密PH 计(上海精密科学仪器公司)、TG328B 分析天平(上海精密科学仪器公司)、101A -1E 电热鼓风干燥箱(成都东风计算仪器中心)。罗丹明B,01001mol/L H CL 溶液,0105mol/L NaOH 溶液,氧化亚铜粉末,过氧化氢(30%)。112 光催化降解反应
取80ml 浓度为5mg/L 罗丹明B 溶液,加入不同量催化剂Cu 2O,改变H 2O 2加入量,改变pH 值,置于恒温磁力搅拌器上,在光照下发生光催化反应,定时取样经高速离心机分离后,取上层清液,通过测定反应液的紫外可见吸收光谱和吸光度(A)监测罗丹明B 的光催化脱色反应程度,以寻求有利于Cu 2O 光催化降解罗丹明B 的最佳反应条件。按下式计算光照后溶液的降解率。
第21卷第5期2006年10月成 都 信 息 工 程 学 院 学 报
JOURNAL OF CHENGDU UNIVERSITY OF INFORM AT ION TECHNOLOGY Vol.21No.5Oct.2006
降解率=
A 始-A 终
A 始
@100%
A 始为光照前罗丹明
B 溶液的吸光度,A 终为光照后罗丹明B 溶液的吸光度。
2 结果与讨论
211 光源的影响
等量Cu 2O 于初始浓度为5m g/L 的罗丹明B 溶液中搅拌,分别在500W 高压汞灯(K =365nm)、80W 高压汞灯(K =365nm )和太阳光(K =400~700nm)下光照,每5分钟取样一次,离心分离,测定溶液的吸光度,可以得到罗丹明B 的降解率。在500W 高压汞灯光照下,25min 罗丹明B 完全降解。80W 高压汞灯与太阳光分别光照4h,罗丹明B 的降解率分别为7617%、8011%。
在不同光源照射下,波长和光强对罗丹明B 降解速率有很大的影响。因为波长不同,激活Cu 2O 催化活性的效果也不同,通过实验发现,紫外光对Cu 2O 催化活性的激活效果较好,可以提高能量利用效率。可见光对Cu 2O 的激活比紫外光差。同时,由于光强不同,罗丹明B 的降解率随着光强增强而增大。因为光强增加,照射到催化剂表面的光量子数增多,因而使更多的半导体电子被激发产生高能电子)空穴对[7],提高了罗丹明B 的光降解率。因此,500W 高压汞灯(K =365nm)作为光源,对罗丹明B 的光降解效果比80W 高压汞灯(K =365nm )、太阳光(K =400~700nm)光照效果好得多。212 催化剂(C u 2O)用量的影响
在可见光光照下,取浓度为5mg/L 罗丹明B 溶液,分别加入Cu 2O 粉末01125g/L 、015g/L 、110g/L 、210g/L 光催化降解4h,罗丹明B 的光降解率如表1所示。由此可知罗丹明B 的光降解率随着Cu 2O 加入量的增加而上升。催化剂用量由01125g/L 增加到015g/L 时,光照4h,光降解率由21%上升到61%,增幅明显。但是Cu 2O 用量由015g/L 增加到110g/L 时,罗丹明B 的光降解率由61%提高到78%,光降解率的提高并不明显。继续将催化剂用量增加2倍,光降解率只增加了2%。由此表明催化剂使用量影响罗丹明B 的光降解速率。这是因为催化剂的量太少,光源产生的光子能量不能充分利用,反应速度慢。而催化剂量过多时,会引起光散射,影响溶液的透光率,也将减慢反应速率[8]。
表1 不同催化剂用量下罗丹明B 的降解率对比(反应时间:4h)
催化剂用量(g/L )01125015110210降解率(%)
21
61
78
80
在可见光光照下,向初始浓度为5mg/L 罗丹明B 溶液中分别加入110%H 2O 2,催化剂Cu 2O 使用量依次为0125g /L 、015g/L 、0175g/L 、110g/L 、1125g/L 、115g/L 。为避免反应产物的干扰,以光催化反应前5分钟内罗丹明B 的吸光度减小量为准来计算其降解率。所得到的结果如图1所示。
图1 催化剂Cu 2O 使用量不同时罗丹明B 的降解率
反应速率接近最高值时的最小催化剂用量与催化剂本身的性质和反应器结构形式,即光源光强、反应器的光程等有关。实验条件(如波长、降解物等)不同,催化剂的最佳投量也不同[8]。如图2所示,在本实验中,0175g/L Cu2O 是最佳投量。213 H 2O 2加入量的影响
等量Cu 2O(0175g /L)存在的罗丹明B 溶液中,加入不同的H 2O 2量,光催化降解效率有着很大差异,由图2可以看出,随着H 2O 2用量的增加,罗丹明B 的降解率逐渐增
大。这是由于投加适量的H 2O 2可以作为光生电子的捕获剂,减少催化剂表面光生电子与光生空穴对的复合几率,并能生成强氧化性的HO #。但加入过多的H 2O 2,罗丹明B 的降解率增大趋缓。为了节约试剂、降低成本,选
712成 都 信 息 工 程 学 院 学 报 第21卷
择H 2O 2加入量为:体积比110%左右。
图2 不同H 2O 2加入量与罗丹明B 降解率的关系
比较0175g/L Cu 2O 与110%H 2O 2单独作用和共同作用下,用太阳光对罗丹明B 溶液进行光照,反应30min,罗丹明B 的降解率,如表2所示。H 2O 2与Cu 2O 共同存在时,罗丹明B 的降解率比单用H 2O 2或Cu 2O 快得多。这是由于H 2O 2在光照作用下吸收光能后,使O )O 链断裂产生强氧化性的#OH 氢氧自由基和氧原子[9]。生成的#OH 氢氧自由基具有强氧化性,可降解有机物;同时,H 2O 2与Cu 2O 配合,#OH 的存在可以降低空穴和电子复合,提高Cu 2O 的光催化效率。
表2 不同反应条件下罗丹明B 的降解率(反应时间:30min)
反应条件0175g/LCu 2O
110%H 2O 2
0175g/LCu 2O+110%H 2O 2
降解率(%)
19
59
100
图3 不同起始pH 值与罗丹明B 降解率的关系
图4 不同反应时间的罗丹明B 溶液吸收曲线214 溶液pH 值的影响
在可见光光照下,当罗丹明B 溶液的初始浓度为5mg /L 时,0175g/L Cu 2O 和110%H 2O 2条件下,对pH 在3~11的范围内的实验结果进行分析。
如图3所示:可以看到随着pH 值的上升,罗丹明B 溶液的催化降解加快。由此可见,碱性条件下对罗丹明B 的降解更为有利。215 最佳反应条件的讨论
太阳光照下,催化剂用量为0175g /L,罗丹明B 浓度为5mg /L 加入110%H 2O 2,pH 值为5120时,溶液吸光度随时间的变化曲线如图4所示。通过图4的吸收光谱可知,随着时间的变化,罗丹明B 溶液的最大吸收峰明显下降且无其他波峰产生,说明罗丹明B 发生了降解。另外通过加催化剂不光照和不加催化剂只光照两个实验发现,罗丹明B 溶液几乎没有褪色,其吸光度几乎没有下降,这就排除了罗丹明B 溶液的褪色是由吸附引起的可能性。
表3 不同反应条件下罗丹明B 溶液降解率
时间t (mi n )510152025紫外光照(500W)
51.0274.4991.8497.96100太阳光照0175g/LCu 2O+110%H 2O 2
61.33
77.64
93.02
98.24
100
由表3可以看出,在太阳光照下,同时存在0175g/L Cu 2O 和110%(30%)H 2O 2的条件下,罗丹明B 溶液的降解率在25min 时就能达到100%,即能达到紫外光照的效果。
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第5期 张丽等:氧化亚铜可见光催化降解罗丹明B 的初步研究
714成都信息工程学院学报第21卷3结论
(1)在500W高压汞灯(K=365nm)光照下,Cu2O对罗丹明B的光降解有很好的催化活性(25min罗丹明B 完全降解)。
(2)可见光下,Cu2O光催化氧化对罗丹明B也有较好的分解作用(4h能降解约80%罗丹明B),表明Cu2O可见光催化法有可能成为治理有机染料的有效途径。
(3)可见光下,加入H2O2,提高溶液pH值等方法可以显著提高罗丹明B的光降解率(在0175g/L Cu2O与110%H2O2同时存在,pH值为512时,反应25min罗丹明B能完全降解)。因此,Cu2O光催化降解有机物无须使用紫外光,便于工业化推广。
参考文献:
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Study of degradation of rhodamine B by cuprous oxide under solar light
ZHANG Li,YANG Ying-chun
(Dept.of Envir onmental Engineering,CU I T,Chengdu610225,China)
Abstract:The photocatalytic deg radation of the rhodamine B by the cuprous oxide under the solar light is investigat-ed.The various light source,illuminated time,dosag e of the catalysts,amount of the hydrog en peroxide and the pH of the reaction system are discussed.It show s that the rhodamine B can be completely degradated under the solar light in the presence of the cuprous ox ide and hy drog en perox ide.The best reaction conditions are:rhodamine B 5mg/L,cuprous ox ide0175g/L,pH value512,hy drogen peroxide1%and reaction time25min.The reaction is compared w ith that of500w high pressure mercury lamp.
Key words:cuprous oxide;rhodamine B;solar light
收稿日期:2000-05-26 ①US Department of Health and Human Services.Toxicological profile for uranium (Draft for public comment ),Atlanta ,G eorgia. 1997.地下水中铀的反应运移模拟 B.Merkel (德国弗莱堡工业大学地质学院,弗莱堡) 摘要:地下水中铀的反应运移模拟对地下水保护和铀矿区的恢复都很重要,因为铀是一种化 学毒害性很高的放射性元素.在地下水及水与固体之间都应考虑对流、弥散、稀释、吸附等化学相互作用.介绍了德国德累斯顿市附近的K oenigstein 矿区淋滤条件的可行性研究结果.由于反应运移模拟需占用大量的CPU 时间,所有的运行在一天内完成,但用简单的混合法进行了稀释.对于这种研究,PHREEQC 2.2证明是一个功能很强的工具.与PHREEQC 相对应的数据库WA TEQ4F 涉及到48种元素、400多种物质、300多种矿物.根据铀和镭的特性,对其作了一定的修改,以使它更具相容性和可靠性.关键词:地下水;铀;反应运移模拟. 中图分类号:P641.2;P641.3;X753 文献标识码:A 文章编号:1000-2383(2000)05-0451-05 作者简介:Broder Merkel ,男,1983年获德国慕尼黑大学博士学位,现任德国Freiberg 工业大学地质生态学院院长、水文地质主讲教授,主要从事地下水污染研究和教学工作. 0 引言 3种天然同位素(99.27%238U ,0.70%235U ,0.03%234U )的放射性元素.238U (半衰期4.9×109a )和235U (半衰期7.13×108a )是放射性衰变系列的母体,且234U 是238U 的蜕变物.铀和子体核素如镭(Ra )、钍(Th )、氡(Rn )和子氡都是放射线发射体,尤其对饮用水而言,即使它们浓度很低,高能量的α辐射也是很危险的.由于居住区空气中氡的浓度偏高,其来源和运移已经变得相当重要.但是,目前有关毒性资料证明,铀所有的毒性主要取决于它的化学特性①.因此几个国家正在讨论铀在国际标准中1×10-9～20×10-9范围内的MCL (最大污染浓度).目前美国环境保护署(EPA )建议饮用水中铀的质量分数为20×10-9,但它只考虑了铀的放射毒性,应当有所调整.相反,当前德国放射保护委员会300×10-9的建议相对EPA 的MCL (20×10-9)更不可靠. 地下水中铀的天然质量分数变化很大,可从 0.001×10-6变化到约1×10-6,这取决于不同地球 化学边界条件和铀矿物的产出条件.深部采矿和露 天采矿改变了地球化学边界条件(如氧气的供应),堆浸和铀水冶改变了p H 值,这些都危及到地下水.在地下水污染中铀的淋滤已受到特别关注.在冷战 时期(1945— 1989年),前东德是世界上第三大产铀国,在面积相当小的萨克森州和图林根州就有几个采矿和选矿区.因此恢复这些目前废弃的矿区是德国一项重要而费用昂贵的工作.危害最大的是邻近德累斯顿市(图1)的K oenigstein 深矿,该区砂岩卷积前缘的铀矿床已用常规法和一种特殊的原位硫酸淋滤法进行了开采.此矿区埋藏于上森诺曼阶(Cenomanian )的砂岩中,上覆土仑阶(Turonian )砂岩,其中含有为有效隔水层的Plaener 2Mergel 夹层. 图2为4号含水层中穿过采铀区的示意横剖面.自K oenigstein 作为一个常规的深矿开采以来,4 号含水层完全被疏干,3号含水层也在一定程度上 被疏干.该矿1990年停止采矿,但由于淋滤区仍有大量的硫酸,故以60m 3/h 的抽水使矿区保持无水.抽出的水经过处理后排入易北河(Elbe ).总体上考虑了以下措施来恢复矿区:(1)自然衰减法(不采取任何措施);(2)增强型自然衰减法(在隧道和矿井中填入 第25卷第5期 地球科学———中国地质大学学报 Vol.25 No.52000年9月 Earth Science — Journal of China University of G eosciences Sep. 2000
光催化降解染料甲基橙 一、目的要求 1、掌握确定反应级数的原理和方法； 2、测定甲基橙光催化降解反应速率常数和半衰期； 3、了解可见光分光光度计的构造、工作原理、掌握分光光度计的使用方法。 二、实验原理 光催化始于1972年，Fujishima和Honda发现光照的TiO2单晶电极能分解水，引起人们对光诱导氧化还原反应的兴趣，由此推动了有机物和无机物光氧化还原反应的研究。 1976年，Cary等报道，在近紫外光照射下，曝气悬浮液，浓度为50μg/L 的多氯联苯经半小时的光反应，多氯联苯脱氯，这个特性引起了环境研究工作者的极大兴趣，光催化消除污染物的亚牛日趋活跃。国外大量研究表明，光催化法能有效地将烃类、卤代有机物、表面活性剂、染料、农药、酚类、芳烃类等有机污染物降解，最终无机化为CO2 H2O，而污染物中含有的卤原子、硫原子、磷原子和氮原子等则分别转化为X-，SO42-，PO43-，PO43-，NH4+，NO3-等离子。因此，光催化技术具有在常温常压下进行，彻底消除有机污染物，无二次污染等优点。 光催化技术的研究涉及到原子物理、凝聚态物理、胶体化学、化学反应动力学、催化材料、光化学和环境化学等多个学科，因此多相光催化科技是集这些学科于一体的多种学科交叉汇合而成的一门新兴的科学。 光催化以半导体如TiO2，ZnO，CdS，Fe2O3，WO3，SnO2，ZnS，SrTiO3，CdSe，CdT e，In2O3，FeS2，GaAs，GaP，SiC，MoS2等作催化剂，其中TiO2具有价廉无毒、化学及物理稳定性好、耐光腐蚀、催化活性好等优点，帮TiO2是目前广泛研究、效果较好的光催化剂。 半导体之所以能作为催化剂，是由其自身的光电特性所决定的。半导体粒子含有能带结构，通常情况下是由一个充满电子的低能价带和一个空的高能导带构成，它们之前由禁带分开。研究证明，当
淡黄色：S、Na2O2、TNT、PCl5、AgBr、浓HNO3（混有NO2）、浓HCl（混有Fe3+）、硝基苯（溶有NO2）灰黄色：Mg3N2 棕黄色：FeCL3溶液、碘水（深黄--褐） 棕色：固体FeCl3、固体CuCl2、NO2（红棕）、Fe2O3（红棕） 常见微溶物： Ag2SO4、CaSO4、Ca(OH)2、MgCO3 Ag+ 与Cl－、Br－、I－、SO42－ Ca2+ 与CO32－、SO32－ Ba2+ 与CO32－、SO32－、SO42－ H+存在，其中不能大量含有OH－、弱酸根离子（如CO32－、SO32－、S2－、F－、ClO－、CH3COO－、C6H5O－、PO43－、AlO2－、SiO32－等）以及弱酸的酸式根离子（如HCO3－、HSO3－、HS－、HPO42－、H2PO4－等） OH－存在，其中不能大量含有H+、弱碱的阳离子（如NH4+、Mg2+、Ag+、Al3+、Zn2+、Cu2+、Fe2+、Fe3+ 等）以及弱酸的酸式根离子。 Fe3+与S2－、SO32－、HSO3－、I－、HS-、CO32－、HCO3－、AlO2－ SO32－(H+)与S2－ MnO4－(H+)、Cr2O72-、ClO-与Cl－、I－、S2－、Fe2+、HS－、SO32－、HSO3－ NO3－(H+)与Fe2+、S2－、HS－、SO32－、HSO3－、Br－、I－ Al3+与CO32－、HCO3－、S2－、HS－、AlO2－ NH4+与AlO2－ 还原；K、Ca、Na、Mg、Al，Zn、Fe、Sn、Pb、（H），Cu、Fe3+、Hg、Ag、Pt、Au 氧化: F2>O2>Cl2>Br2>Fe3+>I2>SO2>S 还原: Fe-
光催化降解染料甲基橙 专业班次：应用化学3班学号： 姓名：日期： 2015年5月12日 1.实验目的 1、掌握确定反应级数的原理和方法； 2、测定甲基橙光催化降解反应速率常数和半衰期； 3、了解可见光分光光度计的构造、工作原理、掌握分光光度计的使用方法。 2.实验原理 国内外大量研究表明，光催化法能有效地将烃类、卤代有机物、表面活性剂、染料、农药、酚类、芳烃类等有机污染物降解，最终无机化为CO2 H2O,而污染物中含有的卤原子、硫原子、磷原子和氮原子等则分别转化为X-,SO42-,PO43-,PO43-,NH4+,NO3-等离子。因此，光催化技术具有在常温常压下进行，彻底消除有机污染物，无二次污染等优点。 光催化技术的研究涉及到原子物理、凝聚态物理、胶体化学、化学反应动力学、催化材料、光化学和环境化学等多个学科，因此多相光催化科技是集这些学科于一体的多种学科交叉汇合而成的一门新兴的科学。 光催化以半导体如TiO2,ZnO,CdS,Fe2O3,WO3,SnO2,ZnS,SrTiO3,CdSe,CdTe,In2O3,FeS2，GaAs,GaP,SiC,MoS2等作催化剂，其中TiO2具有价廉无毒、化学及物理稳定性好、耐光腐蚀、催化活性好等优点，帮TiO2是目前广泛研究、效果较好的光催化剂。 半导体之所以能作为催化剂，是由其自身的光电特性所决定的。半导体粒子含有能带结构，通常情况下是由一个充满电子的低能价带和一个空的高能导带构成，它们之前由禁带分开。研究证明，当pH=1时锐钛矿型TiO2的禁带宽度为3.2eV，半导体的光吸收阈值λg与禁带宽度Eg的关系为 λg（nm）=1240/Eg(eV) 当用能量等于或大于禁带宽度的光（λ<388nm的近紫外光）照射半导体光催化剂时，半导体价带上的电子吸收光能被激发到导带上，因而在导带上产生带负电的高活性光生电子（e-），在价带上产生带正电的光生空穴（h+）,形成光生电子-空穴对。空穴的能量为7.5 eV，具有强氧化性；电子则具有强还原性。 当光生电子和空穴到达表面时，可发生两类反应。第一类是简单的复合，如果光生电子与空穴没有被利用，则会重新复合，使光能以热能的形式散发掉 e-+h+==N+energy(hv’ 高中化学常见物质氧化性、还原性大小顺序归纳总结 1.强弱规律 ⑴氧化性、还原性的判断 ①氧化性是指得电子的能力，还原性是指失电子的能力。 ②氧化性、还原性的强弱取决于得失电子的难易程度，与得失电子的多少无关。 ③从元素的价态考虑：最高价态只有氧化性；最低价态只有还原性；中间价态既有氧化性 又有还原性。 (2).判断氧化性、还原性强弱常用的方法 ①根据金属的活泼性判断 a.金属的金属性越强，单质的还原性越强，其对应的离子的氧化性越弱。 b.单质的还原性：按金属活动性顺序依次减弱。 c.离子的氧化性：按金属活动性顺序依次增强（铁为Fe2+）。如：Ag+＞Hg2+＞Fe3+ ＞Cu2+＞H+＞Fe2+。 ②根据非金属的活泼性判断 非金属性越强，单质的氧化性越强，其对应离子的还原性越弱。如：氧化性F2＞Cl2＞Br2＞I2＞S； 还原性S2—＞I—＞Br—＞Cl—＞F—。 ③根据氧化还原反应进行的方向以及反应条件或剧烈程度来判断 a.氧化性：氧化剂＞氧化产物。 b.还原性：还原剂＞还原产物。 c.不同氧化剂（还原剂）与同一还原剂（氧化剂）反应时，反应条件越易，氧化性（还原 性）越强。 如：根据浓盐酸分别与KMnO4、MnO2、O2反应的条件分别为常温、加热、催化剂并加热，由反应条件可以判断氧化剂的氧化性顺序为KMnO4 ＞MnO2 ＞O2。 d.不同氧化剂（还原剂）与同一还原剂（氧化剂）反应时，反应现象越剧烈，氧化性（还 原性）越强。 如：钠和钾分别与水反应时，钾更剧烈，所以还原性：K ＞Na ④根据原电池或电解池的电极反应判断 a.两种不同的金属构成原电池的两极，负极金属是电子流出的极，正极金属是电子流入的 极，其还原性：负极＞正极。 b.用惰性电极电解混合溶液时,在阴极先放电的阳离子的氧化性较强，在阳极先放电的阴 离子的还原性较强。 ⑤某些物质的氧化性或还原性与外界条件有关 a.温度：如浓硫酸具有强的氧化性，热的浓硫酸比冷的浓硫酸的氧化性更强。 b.浓度：如硝酸的浓度越高，氧化性越强。 c.酸碱性：如KMnO4的氧化性随酸性的增强而增强。 2.相等规律： 在任何氧化还原反应中，氧化剂得到电子的总数与还原剂失去电子的总数相等。此规律应用于解氧化还原反应的计算题、氧化还原反应方程式的配平。 N-TiO2的制备及可见光降解有机污染物的测定 一、目的要求 1、N掺杂TiO2光催化剂的简易液溶液制备； 2、测定甲基橙在可见光作用下的光催化降解反应速率常数； 3、了解可见光分光光度计的构造、工作原理、掌握分光光度计的使用方法。 二、实验原理 国内外大量研究表明，光催化法能有效地将烃类、卤代有机物、表面活性剂、染料、农药、酚类、芳烃类等有机污染物降解，最终无机化为CO2, H2O。因此，光催化技术具有在常温常压下进行，彻底消除有机污染物，无二次污染等优点。 光催化技术的研究涉及到原子物理、凝聚态物理、胶体化学、化学反应动力学、催化材料、光化学和环境化学等多个学科，因此多相光催化科技是集这些学科于一体的多种学科交叉汇合而成的一门新兴的科学。 光催化以半导体如TiO2,ZnO,CdS,WO3,SnO2,ZnS,SrTiO3等作催化剂，其中TiO2具有价廉无毒、化学及物理稳定性好、耐光腐蚀、催化活性好等优点。TiO2是目前广泛研究、效果较好的光催化剂之一。 半导体之所以能作为催化剂，是由其自身的光电特性所决定的。半导体粒子含有能带结构，通常情况下是由一个充满电子的低能价带和一个空的高能导带构成，它们之前由禁带分开。研究证明，当pH=1时锐钛矿型TiO2的禁带宽度为3.2eV，半导体的光吸收阈值λg与禁带宽度Eg的关系为 （nm）=1240/E g(eV) 当用能量等于或大于禁带宽度的光（λ<388nm的近紫外光）照射半导体光催化剂时，半导体价带上的电子吸收光能被激发到导带上，因而在导带上产生带负电的高活性光生电子（e-），在价带上产生带正电的光生空穴（h+）,形成光生电子-空穴对。空穴具有强氧化性；电子则具有强还原性。 当光生电子和空穴到达表面时，可发生两类反应。第一类是简单的复合，如果光生电子与空穴没有被利用，则会重新复合，使光能以热能的形式散发掉。 第二类是发生一系列光催化氧化还原反应，还原和氧化吸附在光催化剂表面上物质。 TiO2→e-+h+ OH-+h+→·OH 第2课时 氧化剂和还原剂 一 氧化还原反应的表示方法 氧化还原反应中伴有电子转移(得失或偏移)，试分析下述各氧化还原反应中电子转移情况如何？ (1)Fe ＋2HCl===FeCl 2＋H 2↑ (2)Fe 2O 3＋3CO=====△ 2Fe ＋3CO 2 答案 (1) (2) [归纳总结] 氧化还原反应的表示方法 (1)双线桥法：表示的是反应前后同一元素由反应物转化为生成物时电子转移的结果。双线桥法分析氧化还原反应的步骤： ①标出反应前后有化合价变化的元素的化合价； ②在反应物到生成物之间画一个线桥，箭头出发和指向的是有化合价变化的同一种元素； ③分析化合价的变化，找出反应中得失电子的总数(有价态变化的元素的一个原子转移的电子数×发生价态变化的原子个数)； ④将转移的电子数标在线桥上，并注明得失。如： (2)单线桥法：表示的是反应前后不同元素原子的电子转移情况。单线桥法分析氧化还原反应的步骤： ①标出反应前后有化合价变化的元素的化合价； ②用线桥将反应物中失电子的元素和得电子的元素连接起来，箭尾指向失电子的元素，箭头指向得电子的元素。注意：线桥只在反应物中，不跨越“===”与生成物相连。 ③在线桥上注明电子转移的数目。注意：只写数目，不标得失。 如： 二氧化剂和还原剂 1．有关概念 (1)氧化剂是得到电子(或电子对偏向)的物质；还原剂是失去电子(或电子对偏离)的物质。 (2)氧化反应是元素化合价升高的反应；还原反应是元素化合价降低的反应。 (3)氧化性是氧化剂得到电子的能力或性质；还原性是还原剂失去电子的能力或性质。 (4)氧化产物是还原剂被氧化后所对应的产物；还原产物是氧化剂被还原后所对应的产物。 （5）氧化剂++氧化产物 氧化性：氧化剂大于氧化产物氧化剂大于还原剂 还原性：还原剂大于还原产物还原剂大于氧化剂 例：2KMnO4+16HCl=2KCl+2MnCl2+5Cl2 +8H2O 氧化性；KMnO4大于Cl2 还原性；HCl大于MnCl2 2．概念之间的关系 氧化还原反应中，氧化剂得到电子，所含元素的化合价降低，氧化剂发生还原反应，对应产物为还原产物；还原剂失去电子，所含元素的化合价升高，还原剂发生氧化反应，对应产物为氧化产物。3．中学阶段常用作氧化剂的物质有O2、Cl2、浓硫酸、硝酸、高锰酸钾、H2O2、FeCl3等。常用作还原剂的物质有活泼的金属单质如Al、Fe、Zn、Na等，以及C、H2、CO等。 龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/648109314.html, 石墨相氮化碳可见光催化分解水制氢 作者：刘澈 来源：《中国科技纵横》2018年第01期 摘要：随着人们对光催化剂研究的深入，利用光催化剂将水裂解产生氢气已经成为可以 将太阳能转化为化学能的有效手段。各种氧化物、氮化物和硫化物光催化剂因其各自具有独特的光催化性能而受到广泛的研究。为进一步提高其在实际应用中的光催化效果，提高可见光利用率，科研学者们尝试了各种方法进行改进，如掺杂改性、复合改性、形貌调整等等。本文依据前辈专家学者的科研成果，简单的从可见光利用方面阐述了现阶段可见光催化剂的研究和进展。 关键词：光解水制氢；石墨相氮化碳；可见光 中图分类号：TQ426 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）01-0210-02 1 概述 随着人类社会的快步发展，人类对能源的需求持续增长，地球储存的能源已经无法满足人类长期的发展需求。同时化石能源的大量使用造成了环境大面积的破坏，严重威胁了人类的生存健康，寻求一种清洁高效的新能源成为能源发展的新方向。氢能，作为一种二次能源具有着清洁，高效，热值高，原料广等优点，被认为是一种最理想的无污染绿色能源。但是，氢在地球上主要是以化合物的形式存在，最广泛的来源就是水。工业上往往用电解水制氢、煤炭气化制氢等方式制备氢气，都存在着能耗高，会带来污染等问题。 光催化剂是进行光解水制氢的基本要素，半导体光催化剂的催化原理可以用能带理论来解释，半导体存在着不连续的能带结构，价带和导带之间存在着具有一定宽度的禁带，当半导体光催化剂受到等于或高于其禁带宽度的光子能量的太阳光照射时，价带上的电子就会跃迁到导带上，同时在价带上产生相应的空穴，形成电子-空穴对。电子、空穴在一定的作用力下迁移至粒子的表面，因其具有较强的氧化还原能力，从而使附着在粒子表面不能吸收光的物质发生氧化还原反应。光解水制氢技术的首次提出是在1972年，日本东京大学的Fujishima教授[1]发现二氧化钛单晶电极经过太阳光的照射可以将水分解为氧气和氢气，直接将太阳能转化为化学能。在这样的基础之上，各种各样的光催化剂被科学研究者们发现，本文旨在从光催化剂的角度出发，就现存的一些利用可见光解水制氢的方法进行简单的介绍以及其研究进展。 2 研究现状综述 石墨相氮化碳即g-C3N4是一种具有优异光催化性能的非金属半导体，其组成元素是地球上含量丰富的C和N，相比于金属半导体而言成本较低。且g-C3N4具有密度低、化学稳定性好、耐磨性强[2]等优点。由于g-C3N4的禁带带宽合适，在2.7eV左右，可以吸收太阳光谱中 渗透性反应墙（PRB） 一、渗透反应墙技术简述 从广义上来讲，PRB是一种在原位对污染的羽状体进行拦截、阻断和补救的污染处理技术。它将特定反应介质安装在地面以下，通过生物或非生物作用将其中的污染物转化为环境可接受的形式，但不破坏地下水流动性和改变地下水的水文地质Ⅲ。PRB主要由透水的反应介质组成。通常置于地下水污染羽状体的下游，与地下水流相垂直。污染物去除机理包括生物和非生物两种．污染地下水在自身水力梯度作用下通过PRB时，产生沉淀、吸附、氧化还原和生物降解反应。使水中污染物能够得以去除，在PRB下游流出处理后的净化水。它要求捕捉污染羽状体的污染物的“走向”．即把可渗透反应墙安装在含有此污染物羽状体地下水走向的下游地带含水层。从而使污染物顺利进入可渗透反应墙装置与反应材料进行有效接触．使其污染物能转化为环境可接受的另一种形式．实现使污染物浓度达到环境标准的目标?。此法可去除地下水溶解的有机物、金属、放射性物质及其他的污染物质。可渗透反应墙示意图如图所示： 二、渗透反应墙技术的分析 PRB技术简单的讲就是在被污染的地下水流动方向建一个选择性的透过“屏障”，使得地下水在通过这个“屏障”时，水中的污染物被反应墙内的填充介质吸附、氧化还原或者降解。因受到地下水流和开沟槽的深度限制，目前该技术多用于有地下水流的饱和污染层的修复． 1、PRB的修复机理 ①物理作用 通过反应材料的高吸附性，去除地下水中的污染组分，常用的活性材料有活性炭、泥煤、氧化物和沸石类。 ②化学作用 通过改变地下环境的一些条件和反应材料的溶解，使地下水中的污染组份发生化学反应，产生沉淀、气体或生成其他的形式，从而达到去除的目的。 ③生物作用 通过反应材料作为微生物电子受体，并供其生长繁殖所需的能量和营养元素，增强地下水 光催化降解甲基橙实验报告 光催化降解染料甲基橙 一、目的要求 1 、掌握确定反应级数的原理和方法； 2 、测定甲基橙光催化降解反应速率常数和半衰期； 3 、了解可见光分光光度计的构造、工作原理、掌握分光光度计的使用方法。 二、实验原理 光催化始于1972 年，Fujishima 和Honda 发现光照的TiO 单晶电极能分解水，引起人们对光诱导2 氧化还原反应的兴趣，由此推动了有机物和无机物光氧化还原反应的研究。 1976 年，Cary 等报道，在近紫外光照射下，曝气悬浮液，浓度为50 μg/L 的多氯联苯经半小时的光反应，多氯联苯脱氯，这个特性引起了环境研究工作者的极大兴趣，光催化消除污染物的亚牛日趋活跃。国内外大量研究表明，光催化法能有效地将烃类、卤代有机物、表面活性剂、染料、农药、酚类、芳烃类等有机污染物降解，最终无机化为CO2 H2O ，而污染物中含有的卤原子、硫原子、磷原子和氮原子等则分别转化为X- ，SO42- ， PO43- ，PO43- ，NH4+，NO3- 等离子。因此，光催化技术具有在常温常压下进行，彻底消除有机污染物，无二次污染等优点。 光催化技术的研究涉及到原子物理、凝聚态物2理、胶体化学、化学反应动力学、催化材料、光化学和环境化学等多个学科，因此多相光催化科技是集这些学科于一体的多种学科交叉汇合而成的一门新兴的科学。光催化以半导体如TiO ，ZnO， CdS，FeO，322 WO，SnO，ZnS ，SrTiO ， CdSe ，CdTe ，InO ，32323 FeSGaAs ，GaP，SiC ，MoS 等作催化剂，其中TiO 222 ，具有价廉无毒、化学及物理稳定性好、耐光腐蚀、催化活性好等优点，帮TiO 是目前广泛研究、效果较2 好的光催化剂。半导体之所以能作为催化剂，是由其自身的光电特性所决定的。半导体粒子含有能带结构，通常情况下是由一个充满电子的低能价带和一个空的高能导带构成，它们之前由禁带分开。研究证明，当pH=1 时锐钛矿型TiO 的禁带宽度为 3.2eV ，半导体的光吸2 收阈值λg 与禁带宽度Eg 的关系为λ（nm）=1240/Eg（eV）g当用能量等于或大于禁带宽度的光（λ<388nm 的近紫外光）照射半导体光催化剂 时，半导体价带上的电子吸收光能被激发到导带上，因而在导带上产生带负电的高活性光生电子（e- ），在价带上产生带正电+），形成光生电子- 的光生空穴（h 空穴对。空穴的能3 量（TiO ）为7.5 eV ，具有强氧化性；电子则具有强2 还原性。 实验16 光催化降解染料甲基橙 一、目的要求 1、掌握确定反应级数的原理和方法； 2、测定甲基橙光催化降解反应速率常数和半衰期； 3、了解可见光分光光度计的构造、工作原理、掌握分光光度计的使用方法。 二、实验原理 光催化始于1972年，Fujishima和Honda 发现光照的TiO2单晶电极能分解水，引起人们对光诱导氧化还原反应的兴趣，由此而推动了有机物和无机物光氧化还原反应的研究。 1976年,Cary等报道，在近紫外光照射下，曝气悬浮液，浓度为50 μg/L 的多氯联苯经半小时的光反应，多氯联苯脱氯，这个特性引起了环境研究工作者的极大兴趣，光催化消除污染物的研究日趋活跃。在水的各类污染物中，有机物是最主要的一类。美国环保局公布的129种基本污染物中，有9大类共114种有机物。国内外大量研究表明，光催化法能有效地将烃类、卤代有机物、表面活性剂、染料、农药、酚类、芳烃类等有机污染物降解，最终无机化为CO2、H2O,而污染物中含有的卤原子、硫原子、磷原子和氮原子等则分别转化为X-,SO42-,PO43-,PO43-,NH4+,NO3-等离子。因此，光催化技术具有在常温常压下进行，彻底消除有机污染物，无二次污染等优点。 光催化技术的研究涉及到原子物理、凝聚态物理、胶体化学、化学反应动力学、催化材料、光化学和环境化学等多个学科，因此多相光催化科技是集这些学科于一体的多种学科交叉汇合而成的一门新兴的科学。 “光催化”这一术语本身就意味着光化学与催化剂二者的有机结合，因此光和催化剂是引发和促进光催化反应的必要条件。光催化以半导体如TiO2、ZnO、CdS、A-Fe2O3、WO3、SnO2、ZnS、SrTiO3、CdSe、CdTe、In2O3、FeS2、GaAs、GaP、SiC、MoS2 等作光催化剂，其中TiO2具有价廉无毒、化学及物理稳定性好、耐光腐蚀、催化活性好等优点，故TiO2事目前广泛研究、效果较好的光催化剂。 半导体之所以能作为催化剂，是由其自身的光电特性所决定的。半导体粒子含有能带结构，通常情况下是由一个充满电子的低能价带和一个空的高能导带构成，它们之前由禁带分开。研究证明，当pH=1时锐钛矿型TiO2的禁带宽度为3.2eV，半导体的光吸收阈值λg与禁带宽度Eg的关系为 光催化分解水材料研究总结 班级：xxxxx 学号：xxxxx 姓名：xxx 一·研究小组简介 彭绍琴：1985年毕业于南昌大学（原江西大学）无机化学专业，获理学学士学位。 1993,2-1994，6北京大学访问学者；1999年7月研究生毕业于南昌大学物理化学专业，获理学硕士学位；2005年7月研究生毕业于南昌大学材料物理与化学专业，获工学博士学位。目前是江西省高校骨干教师，南昌大学无机化学和应用化学，长期从事无机化学、材料化学的教学和科研工作。在无机功能材料、纳米材料、光催化领域有较长时间的工作积累，在国内外重要学术刊物上发表论文30余篇。参与完成国家自然科学基金和“973”项目2项，主持和完成江西省自然科学基金各1项。主持和完成江西省教育厅项目各1项。 上官文峰：日本国立长崎大学工学博士，原日本国工业技术院科学技术特别研究员， 曾先后任北京大学、东京大学高级访问学者。现任上海交通大学教授、博士生导师，机械与动力学院燃烧与环境技术研究中心副主任。主要从事环境催化与材料、光催化、太阳能制氢、燃烧排放及柴油机尾气催化净化、纳米材料制备及其功能开发等领域的研究。主要负责承担了国家863计划、国家973计划、国家自然科学基金、上海市重点发展基金、海外合作等项目。在Chem Commun, J Phys Chem B, Appl Catal A & B,《科学通报》等国际国内权威期刊上发表了一系列学术论文，取得日本国发明专利 4 项，并获日本政府“注目发明”奖 1 项。获国家发明专利10 余项，获省部级科学技术进步奖 2 项。教育部“跨世纪优秀人才”培养计划入选者，中国化学会催化专业委员会委员，中国太阳能学会氢能专业委员会委员，中国仪表材料学会理事，973计划“太阳能规模制氢的基础研究”项目专家组成员，《环境污染与防治》杂志编委，亚太纳米科技论坛ISNEPP2006、2007学术委员会委员。 李越湘：男，博士，教授，博士生导师，南昌大学科技处副处长。南昌大学材料物 理与化学重点学科光催化方向学术带头人，江西省高校中青年学科带头人，2004年获江西省科学技术协会“江西青年科学家提名”称号。现为中国太阳学会氢能专业委员会委员,《功能材料》通讯编委。1984年大学本科毕业于江西大学化学系，获学士学位；1996，10-1997，12国家公派到德国科隆大学（(Universitaet zu Koeln)）做访问学者，期间得到德国学术交流中心(DAAD)短期奖学金资助；2002年研究生毕业于中国科学院研究生院（兰州化学物理所），获理学博士学位；2006年6月-11月国家公派到德国汉诺威大学(Leibniz Universitaet Hannover)做高级研究学者。长期从事光催化、无机材料、环境化学等方向的研究，已在国内外重要学术刊物上发表了学术论文50余篇，其中18篇为SCI论文，4篇为EI。作为主要承担者完成省科技厅攻关项目一项和多项横向项目，主持和参与（排名第二）完成江西省自然科学基金各一项。目前承担973计划（国家重点规划基础研究项目）二级子项目和省自然科学基金项目各一项。 尚世通(1985一)：男，山东省成武县人，东北电力大学硕士研究生，主要从事水质科学与技术研究工作。 宋华(1963-)：女，工学博士，教授、博导，现系大庆石油学院化学化工学院副院长，从 物质氧化性和还原性相对强弱的判断方法 李瑞臣七台河市高级中学2006年3月 物质的氧化性、还原性的强弱与得失电子的难易程度有关，而与得失电子数目的多少无关。得电子能力越强，其氧化性就越强；而失电子能力越强，其还原性就越强。那么如何根据一些相关的信息判断物质氧化性和还原性相对强弱？可以从以下几个方面入手： 1．根据物质的活动性顺序进行判断： ①根据金属活动性顺序进行判断： K、Ca、Na、……、Zn、Fe、……、Cu、Hg、Ag 在金属活动性顺序表中，金属的位置越靠前，其还原性就越强；金属的位置越靠后，其阳离子的氧化性就越强。（注意：上面说的阳离子中Fe有+2、+3两种价态，其中+2价按正常位置排列，但+3铁的氧化性在Cu2+、Hg2+之间，即：氧化性Cu2+ < Fe3+ < Hg2+） ②根据非金属活动性顺序判断： 氧化剂的氧化性越强，则其对应的还原产物的还原性就越弱；还原剂的还原性越强，则其对应的氧化产物的氧化性就越弱。对单质而言，非金属单质的氧化性越强，对应阴离子的还原性越弱，非金属单质的氧化性越弱，对于阴离子的还原性越强；金属单质的还原性越强，对于阳离子的氧化性越弱，金属单质的还原性越弱，对于阳离子的氧化性越强。 2．根据化学方程式进行判断： 氧化性：氧化剂>氧化产物； 还原性：还原剂>还原产物。 例如：已知2FeCl2+Cl2=2FeCl3；2FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2；则Fe3+、Cl2、Cu2+ 中氧化性由强到弱的顺序正确的是：Cl2＞Fe3+＞Cu2+ 3．根据氧化还原反应进行的难易程度（或剧烈程度）的不同进行判断：氧化还原反应越容易进行(表现为反应所需条件越简单)，则氧化剂的氧化性和还原剂的还原性就越强。 例如：2Na+2H2O＝2NaOH+H2↑，Mg+2H2O Mg(OH)2+H2↑ 前者比后者容易发生，可判断还原性：Na>Mg 再如：Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+NO2↑+2H2O 3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O 前者比后者反应剧烈，可判断氧化性：浓HNO3> 稀HNO3 4．根据使其它物质被氧化或被还原价态的不同进行判断 例如：Cu+Cl2CuCl2，2Cu+S Cu2S， 根据Cl2、S分别与Cu反应，使Cu被氧化的程度不同（Cu2+, Cu+），可判断出单质的氧化性：Cl2>S 5．根据元素的价态判断： 物质中元素具有最高价，则该元素只有氧化性；物质中元素具有最低价时，该元素只有还原性；物质中元素具有中间价时，该元素既有氧化性又有还原性。一般，对于同一种元素，价态越高，其氧化性就越强；价态越低，其还原性就越强（正价的卤素相反）。 例如：氧化性：Fe3+>Fe2+，H2SO4（浓）>H2SO3，（特例：HClO > HClO3 > HClO4） 还原性：Fe>Fe2+，S2->S>SO2 6．根据反应条件判断： 一般溶液的酸性越强或温度越高或浓度越大，则氧化剂的氧化性和还原剂的还原性就越强，反之则越弱。 如：①温度：氧化性热的浓H2SO4>冷的浓H2SO4 ②浓度：氧化性浓HNO3>稀HNO3；浓H2SO4>稀H2SO4 还原性浓盐酸>稀盐酸。 ③酸碱性：如KMnO4溶液的氧化性随溶液的酸性的增强而增强。一般来讲KMnO4、KCr2O7、KClO3氧化HCl中的Cl-，不能氧化NaCl中的Cl_。NO3-在酸 性条件下有强氧化性，氧化SO 32-、S2- 、Fe2+、I_ 。SO 3 2-、S2-在H+不共存。 当不同的氧化剂(或还原剂)作用于同一还原剂(或氧化剂)时，氧化产物(或还原产物)价态相同，可根据反应条件的难易进行判断，条件越简单，氧化性(或还原性)越强。 ①MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O ②2KMnO4+16HCl(浓)=2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O TiO2（ZnO）制备条件对光催化氧化活性的影响 摘要以钛酸四丁酯为前驱体、无水乙醇为溶剂，采用溶胶—凝胶法制备了粉末二氧化钛催化剂以及粉末氧化锌催化剂作为对照。讨论在不同条件下，如：钛酸丁酯的浓度、加水量、陈化时间、陈化温度、焙烧时间和温度等条件对光催化降解偶氮染料甲基橙活性的影响和机理。实验分为催化剂的制备及催化剂的光催化能力降解实验两部分。【1】实验结果表明：氧化锌催化剂有较高的催化活性。这说明制备的二氧化钛具有的活性不够高，实验仍需进一步的改进。 关键词溶胶—凝胶法、纳米TiO2、光催化降解、甲基橙 前言 光催化氧化技术自20世纪80年代后期开始应用于环境污染控制领域以来，由于该技术可以有效破坏许多结构稳定的无机、有机污染物，并且与传统水处理技术中的以物理方法相比，具有明显的节能、高效、污染物降解彻底等优点，已成为引起国内外重视的污染治理技术之一。制备高活性的Ti x O y是这种过程在处理废水实际应用的重要课题。合成Ti x O y的方法有很多，不同方法、条件制备的Ti x O y，光催化活性相差很大。溶胶-凝胶法是在低温或温和条件下合成无机化合物或无机材料的重要方法，在软化学合成中占有重要地位。广泛应用于制备纳米粒子。本实验以钛酸四丁酯为前驱体、无水乙醇为溶剂，采用溶胶—凝胶法制备了粉末二氧化钛催化剂以及粉末氧化锌催化剂作为对照。并以典型的偶氮染料甲基橙为目标污染物，对实验制备的二氧化钛催化剂进行了光催化活性评价，并对机理进行了简单的探讨。 原理 1、T i x O y为光催化剂催化降解的意义 当光子能量高于半导体带隙能(如TiO2,其带隙能为3.2ev)的光照射半导体时,半导体的价带电子发生带间跃迁,即从价带跃迁到导带。而使导带产生高活性的电子(e-)，而价带上则生成带正电荷的空穴(h+)，形成氧化还原体系。对TiO2催化氧化反应的研究表明，光化学氧化反应的产生主要是由于光生电子被吸附在催化剂表面的溶解氧俘获，空穴则与吸附在催化剂表面的水作用，最终都产生具有高活性的羟基自由基·OH。而·OH具有很强为氧化性，可以氧化许多难降解的有机化合物(R)为CO2和H2O，用于处理工业废水具有成本低,无二次污染等优点,是一种很有应用前景的废水处理方法。 氧化性和还原性强弱的判断 一、氧化性和还原性概念的判断方法 物质给出（失去）电子的性质称为还原性，还原剂是电子的给予体。物质接受（得到）电子的性质称为氧化性，氧化剂是电子的接受体。那么怎样才能判断物质能否给出或接受电子呢？由于给出或接受电子会引起化合价的变化，所以从物质中元素所处化合价高低就可以进行判断。规律是：元素处于最高价，不可能给出（失去）电子，只具有氧化性；元素处于最低价，不可能接受（得到）电子，只具有还原性；元素处于中间价态，既可能给出（失去）电子，又可能接受（得到）电子，故既有氧化性又有还原性，但反应时主要呈现一种性质。物质中若含有多种元素，其性质则是这些元素性质的综合体现。 例1. 下列变化需要加还原剂才能实现的是（ ） A M n O Mn B Cl Cl C H S SO D Fe Fe (422) 22 2-+-+→→→→ 分析：本题要求加还原剂才能实现，即物质本身作氧化剂，也就是说元素化合价从高价变为低价，不难发 现A 、D 选项是正确的。 二、氧化性和还原性强弱的判断依据 1. 根据元素在周期表中的位置确定 元素在周期表中越是位于左下方，其单质的还原性越强，其阳离子的氧化性越弱；元素在周期表中越是位于右上方，其单质的氧化性越强，其阴离子的还原性越弱。 2. 根据单质活动顺序确定 （1）金属活动性顺序（常见元素） 金属原子还原性（由强到弱）：K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au 对应阳离子氧化性（由弱到强）：K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn ++++++++223222 Pb H Cu Fe Hg Ag 2232++++++() （2）非金属活动顺序（常见元素） 非金属原子氧化性：F>Cl>Br>I>S 对应阴离子还原性：F Cl Br Fe I S ---+--<<<<<()22 3. 根据氧化还原方程式确定 通常情况下，氧化还原反应（电解除外）总是向着氧化性和还原性减弱的方向进行的——即“强强生弱弱”： 失电子，化合价升高，被氧化 强氧化剂+强还原剂→弱还原剂+弱氧化剂 （还原 产物）（氧化产物） 得电子，化合价降低，被还原 氧化性：氧化剂>氧化产物 还原性：还原剂>还原产物 这一规律正如较强的酸可以制取较弱的酸，较强的碱可以制取较弱的碱那样，较强的氧化剂可以制取较弱的氧化剂，较强的还原剂可以制取较弱的还原剂。 水岩作用研究现状及趋势 水岩作用是指：水、热液和岩石在岩石固相线以下的温度、压力范围内进行的各种化学反应和物理化学作用。它是一种基本的地球化学作用，导致了化学元素、同位素在岩石与水之问重新分配，是元素活化、迁移及整个地球化学质量平衡过程的一种潜在因素。因此，它并不局限于某一种地质过程，而是广泛地存在于地壳乃至上地幔中。在水岩作用中，基本的地球化学、物理化学方式有：①流体对固相的溶解淋滤和交代，②固液两相间的同位索交换，③氧化一还原，④流体、地下水中的元素在固相表面的吸附，⑤流体、地下水流经细孔隙岩石时发生的渗滤分异。以上①、②两项在热液活动中有着广泛的意义。 水岩作用的主要地球化学特点如下：①水岩作用以流体、地下水和岩石之间存在的化学或同位素的不平衡为前提，并且是一个非平衡的地球化学过程②水岩作用的地球化学效应，与同一体系中诸矿物或元素问的差异行为有关，这种差异是元素选择性迁移、栝化及矿物间同位素非平衡现象的原因，⑤水岩作用是一个与时间有很大关系的过程，尤其是一些受局部性、暂时性热源控制的水岩作用，表现得更为明显。 由于上述原因，水岩作用研究的一个关键问题，就是阐明整个过程的动力学效应。地球化学动力学理论是水岩作用地球化学研究的主要理论工具，在今后的一段时间内将是地球化学理论的一个重要发展方向。 水岩作用对各种地质构造、工程施工都有很重要的影响，目前，主要研究以下几个方面： 1、低温地热系统水岩作用的实验研究。用水——岩反应实验模拟了开采条件下天然地热水的化学组分，研究开采引起的水化学性质改变的主要控制因素和过程，认为其机理通常是储层中水岩反应的重新整。实验结果揭示出储层中水岩比发生了局部变化，从理论上找到了地热水资源开发中的水动力学过程和水化学过程的结合点，在实践找到到了调节、控制和改良水质的技术途径和方法。 2、红层泥岩水岩作用特征研究。红层中的泥岩具有透水性弱、亲水性强，遇水易软化、塑变，抗风化能力弱，易崩解等特性。特别是遇水后岩体及结构面抗剪强度大幅度降低，并且具有遇水膨胀、失水收缩的工程特性。水岩作用对边坡的影响主要有，结构面遇水泥化导致楔形体失稳，泥岩塑性变形引起边坡蠕变，同时红层还具有很强的崩解性，边坡开挖后发生崩解等现象。 3、滑坡体水岩作用机制与变形机理研究。水岩作用对滑坡形成与发展具有非常重要的影响。从水岩作用的材料力学效应、水力学效应、化学效应及地震效应4个方面对某滑坡体的水岩作用机制进行了分析，其中前3种作用机制对滑坡体的变形演化与复活关系最为密切。在此基础上，对滑坡体变形机理进行了综合分析。分析认为，滑坡发育的基本条件有软硬相间的有利地层结构、地质构造条件等；滑坡发育的诱发因素有降雨、水库蓄水及人类活动等。 4、人工回灌条件下的水岩作用研究。人工回灌过程中所发生的 光催化降解甲基橙反应动力学参数测定实验操作规程 一、实验目的 l .掌握确定反应级数的原理和方法: 2. 测定甲基橙光催化降解反应速率常数和半衰期: 3 .了解可见光分光光度计的构造、工作原理、掌握分光光度计的使用方法。 二、实验操作流程 l 、调整分光光度计零点，打开分光光度计电源开关，预热至稳定。调节分 光光度计的波长旋钮至462nm 。打开比色槽盖，即在光路断开时，调节"0" 旋钮， 使透光率值为0。取一只lcm 比色皿，加入参比溶液蒸馏水，擦干外表面(光学玻 璃而应用擦镜纸擦拭) ，放入比色槽中，确保放蒸馏水的比色皿在光路上，将 比色槽盖合上，即光路通时，调节"100" 旋钮使透光率值为100% 。 2、四基橙光催化降解 进行光催化反应实验时，首先向反应器内加入10mL 的1000 mg/L 的甲基橙贮备 液，并加480mL水稀释，配成500mL的20 mg/L 的甲基橙溶液，然后加入0.2g 纳 米Ti0 催化剂，磁力搅拌使之悬浮。避光充空气搅拌30min ，使甲基橙在催化2 剂的表面达到吸附/脱附平衡，移取10mL 溶液于离心管内。然后开通冷却水，并 开启光源进行光催化反应25min ，每隔5min移取10mL 反应液，经离心分离后， 取上清液进行可见分光光度法分析。采用722 型可见分 光光度计，通过反应液的吸光度A 测定来监测甲基橙的光催化脱色和分解效果。 在0-20mg/mL 范围内，甲基橙溶液浓度与其462nm 处的吸收什呈极显著的正相关 (相关系数达0.999以上) 。 三、数据记录及处理 1 、设计实验数据表，记录温度、吸光度、时间等数据 2、采用积分法中的作图法由实验数据确定反应级数。 3 、计算甲基橙光催化降解的半衰期 4 、计算甲基橙降解率高中化学常见物质氧化性与还原性大小顺序归纳总结
光催化降解甲基橙
化学氧化性与还原性
石墨相氮化碳可见光催化分解水制氢
渗透性反应墙
光催化降解甲基橙实验报告
实验16-光催化降解甲基橙
最新光催化分解水材料研究总结全解
物质氧化性和还原性相对强弱的判断方法
二氧化钛催化实验
氧化性和还原性强弱的判断
水岩作用研究现状及发展趋势
光催化降解甲基橙反应动力学参数测定实验操作规程
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