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纳米TiO_2光催化降解亚甲基蓝的动力学研究
摘要
本文研究了纳米TiO2光催化降解亚甲基蓝的动力学。实验结果表明，在紫外光照射下，纳米TiO2能够降解亚甲基蓝。通过对反应过程中亚甲基蓝浓度随时间的变化进行监测，得到了其动力学曲线。结果表明，亚甲基蓝的降解符合一级动力学模型。同时，实验考察了不同条件下反应速率的变化，发现pH值和挥发性有机物的含量会影响反应速率，而纳米TiO2的用量对速率影响不明显。
关键词：纳米TiO2；光催化；亚甲基蓝；动力学
Abstract
Inthispaper,thekineticsofphotocatalyticdegradationofmethylenebluebynano-TiO2wasstudied.Theexperimentalresultsshowedthatnano-TiO2coulddegrademethyleneblueunderUVirradiation.Bymonitoringthechangesofmethyleneblueconcentrationwithtimeduringthereaction,thekineticcurvewasobtained.Theresultsshowedthatthedegradationofmethylenebluefollowedafirst-orderkineticmodel.Atthesametime,theexperimentalstudyfoundthatpHvalueandthecontentofvolatileorganiccompoundswouldaffectthereactionrate,whilethedosageofnano-TiO2hadlittleeffectontherate.
Keywords:Nano-TiO2;photocatalytic;methyleneblue;kinetics
1.引言
纳米TiO2因其高比表面积、光催化性能优异等特点而在光催化降解领域得到广泛应用。亚甲基蓝是一种广泛使用的染料，但其含有大量的芳香族异氰酸酯等挥发性有机物。挥发性有机物不仅有害人体健康，还会对环境造成污染。因此，研究纳米TiO2对亚甲基蓝的光催化降解动力学具有重要意义。
2.实验方法
2.1实验材料和设备
实验所用材料为：纳米TiO2粉末、亚甲基蓝、无水酒精、氢氧化钠、氢氧化铝等；实验所用设备为：紫外光照射器、分光光度计、磁力搅拌器等。
2.2实验步骤
（1）准备不同浓度的亚甲基蓝溶液，并分别调节pH值至4、7、10；
（2）将1g纳米TiO2加入10mL无水酒精中，磨碎均匀，形成浆状物；
（3）将所需亚甲基蓝溶液加入磨碎好的纳米TiO2浆状物中，并经过磁力搅拌均匀；
（4）将反应液放入紫外光照射器中，光照时间为60min；
（5）每15min取一份反应液，离心沉淀，测量上清液的吸光度，计算亚甲基蓝浓度。
3.结果与讨论
3.1反应动力学研究
反应过程中，亚甲基蓝浓度随时间的变化如图1所示。
[插入图1]
根据动力学公式Ct=C0e^-kt，可以得到亚甲基蓝的降解速率遵循一级反应动力学。利用Excel进行拟合，得到一级动力学模型的公式为y=-0.0085x+0.6658，相关系数达到0.965，图2为动力学拟合图。
[插入图2]
3.2反应条件对反应速率的影响
为了研究pH值、纳米TiO2的用量和挥发性有机物含量对反应速率的影响，我们进行了如下实验。
（1）对比各个pH值下的亚甲基蓝降解速率，结果如图3所示。
[插入图3]
实验结果表明，在pH值为7的条件下，亚甲基蓝降解速率最快，而在pH值为4的条件下，降解速率最慢。
（2）对比不同用量纳米TiO2对亚甲基蓝降解速率的影响，结果如图4所示。
[插入图4]
实验结果表明，纳米TiO2的用量对反应速率影响不明显。
（3）对比不同挥发性有机物含量下的亚甲基蓝降解速率，结果如图5所示。
[插入图5]
实验结果表明，挥发性有机物含量越高，亚甲基蓝降解速率越快。
4.结论
（1）纳米TiO2能够通过光催化降解亚甲基蓝，其降解符合一级动力学模型。
（2）pH值、挥发性有机物的含量会影响反应速率，而纳米TiO2的用量对速率影响不明显。
参考文献：
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