偶氮染料吸附和光催化氧化动力学_范山湖

!!##!$#$%&收到初稿’!##!$#($#&收到修改稿)联系人*李玉光+,$-./0*1230456738)298)1:;)广东省科技厅十五专项（<&#=#&#!）资助项目物理化学学报+!#$%&’()(*&+;>.:8.?4,-.&/0123450$637$83’!#$%&+%;*!@!A偶氮染料吸附和光催化氧化动力学范山湖!#孙振范!邬泉周!李玉光!（%中山大学化学化工学院’广州%#!(B!广东省疾病预防控制中心’广州%#&##）摘要以甲基橙和酸性大红两种偶氮染料为模拟污染有机物’对它们的暗吸附和光催化氧化行为进行研究)实验结果表明’两种偶氮染料的吸附受溶液酸碱度影响很大’酸性（CDE&）条件下’两种染料吸附量都很大’酸性大红吸附量更大；近中性（CD&F）时两种染料的吸附显著减少；碱性（CDEA）条件下两种染料不发生吸附)光催化反应结果显示’碱性条件或酸性条件下两种染料降解速度都很快)说明在不同酸碱度条件下’光催化反应按不同机理进行)酸性条件下’反应在催化剂表面进行’在碱性介质中’光催化氧化在溶液中进行)提出了一个碱性条件下的动力学方程’经过进一步简化’可以得到表观一级方程’形式上和准一级G$D方程十分相似’但其含义不同)关键词*偶氮染料’吸附’光催化’动力学中图分类号*HF=&光催化氧化作为环境治理的一项新技术具有十分诱人的应用前景’引起人们的广泛兴趣I%$&J)关于光催化氧化反应的机理已经形成共识’即半导体光催化剂在紫外光照射条件下’产生电子$空穴’吸附在光催化剂表面的氧俘获电子形成HK!’继而生成·HD’而空穴则将吸附在催化剂表面的HDK和D!H氧化成·HD)这种氢氧自由基的氧化能力很强’可以氧化大多数有机物’最终使它们转变为二氧化碳、水及无机盐等’使有机污染物无害化)最常见的反应表达式是·HDLH!LH?5.:/1<’M?N981O3+PH!’D!H’2O1);+%;该反应是在催化剂表面还是在溶液中进行’存在不同解释I=J)一些研究者认为Q/H!表面的氢氧自由基与吸附在催化剂表面的物种进行氧化反应IJ；也有人认为反应是由Q/H!表面产生的氢氧自由基进入液相与污染物作用IFJ)有趣的是光催化降解反应动力学通常都采用准一级G$D速率方程表达式I(J)深入了解光催化动力学行为’无论对光催化基础理论和实际应用都有十分重要的意义)本工作选择了两种不同结构的偶氮染料为模拟污染有机物’对它们的吸附和反应动力学行为进行了研究’得到了它们的吸附参数和动力学参数’讨论了反应物吸附和光催化降解的关系’提出了酸碱条件下的不同反应动力学模式’为光催化基础理论提供了很有意义的信息)%实验部分%’%试剂+%;催化剂采用R25833.M!Q/H!’经STR测定’晶相组成为锐钛矿（(#U，质量分数）和金红石（&#U）’V,Q测定表面积为=F)#-!·5K%)+!;两种偶氮染料*甲基橙’化学纯；酸性大红&T’化学纯)两种染料均未进行提纯)它们的分子结构及大小见表%)%’!测试分析染料浓度采用北京瑞利分析仪器公司WX$%!##紫外可见分光光度仪测定)分析试样浓度时’在其最大吸收波长测定试样的吸光度+甲基橙*CDE&’!-.YE#:-’CDEA和CD&F’!-.YE=F&:-；酸性大红&T*CDE&、CDEA和CD&F’!-.YE##:-;’由标准吸光度曲线可知其浓度)溶液的CD值由CDZ$&P型酸度计（上海伟业仪器厂）测定)%’#吸附实验染料溶液用蒸馏水配制成一定浓度的!-G!!#$%&’()*+&,-!#$!#./0,1/$2/34/35$6$%%&&’&’()*+,-./’(.01(2345310513.6473’/5-.829:;’’<’7=>.451774?@@(60256’9%A.6B69CD,.E56(.F9:1453>G1;(64-69C-’14.%*+H+),-./’(.01(2346I.64’;5269.:;>02(01(256’91469C4./6J.E@.36/.952(KLG?M/.5-’:)#N/69图!#$%&&’()*+,-)对甲基橙和酸性大红./等温吸附过程0,$1!23&4567,4849:#7;<=45’8$#’838’6;7;’=#8#&>’5=#7./48#$%&&’()*+,-)2$92@-5-2(.9.4023(.5OPQ;$/.5->(’329C..RN!/’(·ST*图)甲基橙在不同6?值的吸附等温线0,$1)23&4567,48,&47;#5:49:#7;<=45’8$#48#$%&&’()*+,-)’73,99#5#876?@’=%#&2$@8UO)VQ;$@8&)VQ0$@8U+)V溶液%使用稀硝酸或氢氧化钠溶液调节@8值为O)V或+)V%加入V)V!VC二氧化钛)室温下%溶液置于暗箱中振荡%