毕业设计（论文）Ag3PO4光催化剂的制备及对染料废水的催化性能研究.doc

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1、2015届毕业论文 Ag3PO4光催化剂的制备及对染料废水的催化性能研究院 、 部： 安全与环境工程学院 学生姓名： 指导教师： 职称 讲师 专 业： 环境工程 班 级： 环境1102班 完成时间： 2015年5月 摘 要近些年来，光催化技术在污水净化方面备受关注，其中Ag3PO4作为一种新型的光催化材料，在降解有机污染物方面呈现了极强的光氧化能力。因此，光催化剂技术在水环境净化方面具有巨大的发展前景。本论文采用了一种简单的两步法（化学共沉淀法）制备了AgAgCl/Ag3PO4复合光催化剂。并在紫外光灯照射下，以模拟的番红花红T染料废水为催化对象，对AgAgCl/Ag3PO4复合光催化剂的光催

2、化性能进行实验测定。考查了催化剂的投加量、番红花红T的初始浓度、反应时间、催化剂的稳定性以及清除剂对光催化效果的影响。研究结果表明：在紫外光照射60 min时，1g/L的AgAgCl/Ag3PO4复合光催化剂，对初始浓度为35 mg/L的降解率达到了98.0 %，说明AgAgCl/Ag3PO4复合光催化剂表现出了极强的光降解能力；AgAgCl/Ag3PO4复合光催化剂在对番红花红T染料循环使用三次后，降解率保持在90 %以上，说明AgAgCl/Ag3PO4光催化剂稳定性好；通过使用AgNO3、NaHCO3和KI作为电子（e-）、空穴(h+)和羟基自由基（OH)的清除剂，实验结果表明：在番红花红

3、T光催化降解的过程中，（OH)和空穴(h+）起着重要的作用。 关键词：AgAgCl/Ag3PO4；复合光催化剂；光催化稳定性；番红花红T；染料废水ABSTRACT Photocatalytic technology which is a new water treatment method, has received much attention in recent years.Ag3PO4 is a new type of photocatalytic material, which has demonstrated strong photocatalytic ability and deg

4、radation ability of organic pollutants, it has wide application in the purification of water environment.In this paper ,the new hotocatalyst of AgAgCl/Ag3PO4 was made by a simple two step method (chemical co precipitation method).And the degradation catalyst of safranine T dye wastewater in water to

5、 study the performance of AgAgCl/Ag3PO4 composite photocatalyst under UV light irradiation conditions.The influence of catalyst dosage,concentration of safranine T,illumination time,the stability of the photocatalyst and scavenger on the degradation of safranine T was investigated.The photocatalytic

6、 results of the study show that the AgAgCl/Ag3PO4 hotocataiyst show strong photooxidative ability for safranine T.The AgAgCl/Ag3PO4 could degrade safranine T rate of 98.0% under illumination with UV light for 60 min when the catalyst dosage and concentration safranine T were 1g/L,35mg/L respectively

7、.The AgAgCl/Ag3PO4 remained good photocatalytic activity after three times of cycle experiments and photocatalytic degradation not significantly reduce,it shows illustrate the good light stability. By using Ag3PO4 and NaHCO3 and KI as e-, h + and hydroxyl free radical scavenger respectively. The res

8、ults show that the hole (h+) and hydroxyl radicals play an important roles in the process of photocatalytic degradation of the safranine T. Key words：AgAgCl/Ag3PO4; composite photocatalyst; photocatalytic stability; Safranine T; dye wastewater目 录1 引言11.1 研究背景11.2 光催化的原理31.3 光催化活性的影响因素41.3.1 内在因素51.3

9、.2 外在因素的影响51.4 磷酸银的性质71.5 Ag3PO4光催化剂的研究现状71.6 研究的目的和研究的内容92 实验材料与方法102.1 试剂与设备102.2 磷酸银光催化剂的制备102.3 光催化降解实验113 结果与分析123.1 浓度与吸光度的线性关系123.2 AgAgCl/Ag3PO4对光催化降解番红花红T的性能分析123.2.1 催化剂投加量对番红花红T光催化性能的影响123.2.2 番红花红T初始浓度对光催化性能的影响143.2.3 光催化降解的反应时间对其光催化性能的影响153.3 AgAgCl/Ag3PO4光催化剂的稳定性163.4 光生eh+和OH对番红花红T降解作

10、用的影响174 结论与展望194.1 结论194.2 展望19参考文献21致 谢241 引言1.1 研究背景随着世界经济的发展，人们所面临的环境污染和资源短缺问题也日趋严峻。我国作为染料生产大国之一，染料的品种各种各样，大约有10 %30 %的染料废水在印染加工的过程中被排出，排放出来的水不仅对江河水体造成严重污染，而且降低了水体的透明度，在视觉上造成了一定的污染1。染料废水作为难处理的工业废水之一，其成分比较复杂、可生化性差、COD浓度和色度高等缺点，因此研究经济有效的染料废水净化处理方法就显得尤为重要2。目前，对光催化剂降解废水的研究都集中在罗丹明B、甲基橙、亚甲基蓝等染料废水方面，对于番

11、红花红T废水的研究鲜有报道。番红花红T是一种红棕色固体粉末，易溶于水成红色溶液，属于阳离子染料中的一种，由于它颜色光亮，着色速度快等优点，被广泛运用在皮革、纸张、羊毛、人造纤维和生物染色等领域。但是由于阳离子染料的颜色深、碱性成分大、相对分子质量大、结构稳定、还含有芳香胺等致癌成分，使得染料废水处理的难度加大，因此探索经济高效的、无二次污染的污水净化处理技术具有重要的意义。目前，对于染料废水的来说，比较传统的处理方法有吸附法、生物法、化学絮凝法等的优缺点可知（如下表1），这些传统的处理技术，存在一些的局限性3。分类优点缺点传统处理技术吸附法适合水溶性较好的染料不适用于疏水性染料；有机污染物从液

12、相上转移到固相上；使用过后的吸附剂在再生过中常会破坏吸附剂的结构，影响其重复使用率，降低了吸附容量。生物法应用范围广、处理量大、成本低在占地面积较大，净化不彻底，COD浓度和色度不易达标等缺点化学絮凝法是处理容量大、设备投资少、占地面积少、工艺流程简单、操作方便、对疏水性染料脱色率高；是运行成本较高、泥渣量大且脱水因难、适用的pH值范围窄、对亲水性染料处理效果差、二次污染严重高级氧化技术化学氧化法去除率的效果好；臭氧氧化技术仪器设备简单，自动化控制容易实现处理成本高；催化剂无法回收；有些氧化剂的氧化能力不强，存在选择性氧化；不适用对大流量的废水处理等缺点；而且在处理过程中容易引入杂质造成二次污

13、染。光催化氧化法处理效率高、占地面积小、无二次污染；能大幅提高难降解废水的可生化、去除污染物的可生化性 对设备和条件要求比较高，操作的条件复杂，而且光催化剂的制备成本较高，需要进一步改进以便提高可实施性表1 废水处理方法的优缺点比较 由上表可知，对于传统的处理技术来说，它们处理效率不高、二次污染较严重，已经越来越不能满足现在实际生产的要求，因此新的经济高效的处理技术已成为今后的研究重点1。目前对于废水的处理遇到了两大问题：一是对含有微量有机物废水的处理，尤其是对“三致”废水的处理；二是对生物难降解有机物废水的的处理。目前常用的几中传统处理技术如：化学法、物理化学法及生物处理法等工艺，都很难将有

14、机污染物彻底消解，有时这些有机污染物也仅仅是从一个相转移到另一个相，或生成其它的有害有机污染物，容易对环境造成二次污染，事实上，它们本质上并没有完全的消解。光催化氧化法作为一种很有发展前景的高级氧化技术近年来备受关注4，它能降解水中成分复杂的生物难降解及微量有机物，将其变为较清洁的CO2和H2O，因此光催化氧化技术被国内外专家称为“最有前途的水处理技术”5。该技术的主要优点是：水中含有的多种有机污染物可以被降解为CO2 和H2O 等；无机污染物也可通过还原或氧化作用被转化为无害物；其中光催化剂可以用太阳能作为光源激活6。目前国内外研究最多的传统光催化剂有半导体氧化物、硫化物等如：TiO2、Ag

15、2O、ZnO、WO3、Bi2O3、ZnS、CdS、PbS等7。1.2 光催化的原理 光催化剂的催化机制是以能带理论中的光生电子-空穴理论为基础，一般来说半导体材料的能带结构是不连续的，它是由一个高能量无电子的导带(CB)和一个低能量、充满电子的价带(VB)组成，在价带和导带之间存在的带隙称为禁带宽度(Eg)，如果半导体吸收的光子能量大于或等于禁带宽度(Eg)时，则价带上的电子（e-）向导带跃迁，在价带上形成空穴（h+），导带上产生光生电子（e-），由此在催化剂内部会生成光生电子-空穴对8。在半导体光催化剂的表面光生电子-空穴对会与其他物质反应形成羟基自由基或是其他具有强氧化性的物质，进而氧化水

16、中的有机污染物，达到净化水体的目的。有研究表明，光生空穴h+是实现有机物降解的重要物质9。从图1中可知，光生e-和h+的运动过程有A，B，C，D四种，其中过程A是半导体表面光生e-和h+的复合过程，过程B是在半导体内部光生e-和h+的复合过程，他们对光催化降解反应没有影响。过程C是光生e-移动到催化剂的表面后被表面氧俘获，产生超氧自由基（O2-），而O2-与表面吸附的水反应生成OH自由基，过程D则是光生h+迁跃到半导体表面后，被表面吸附的水或羟基捕获生成OH自由基；OH自由基具有强氧化性，它能无选择性的降解目标污染物，他作为光催化反应的主要氧化剂和主要活性物种之一，能完全的将污染物氧化成H2O

17、、CO2等无机小分子10。 图1 光生e-和h+的迁移过程 光生e和h+生成OH自由基的反应式如下： （1） （2） （3） （4） （5） （6）1.3 光催化活性的影响因素 通常影响光催化反应活性的因素有很多，从光催化材料的内在因素考虑有：光催化材料的晶相结构、能带结构、晶体尺寸大小等；从外在因素考虑有：光催化剂的投加量、反应溶液的初始浓度、反应时间、光照时间、反应溶液的pH值、反应时的温度等；它们都会对光催化的活性产生一定的影响11。本论文主要改变其他外部条件来研究光催化剂的催化性能。通常来说，光催化材料活性主要取决于产生的光生载流子数目和光生e-h+对的分离，当光生e-h+对分离的越多

18、，产生的具有强氧化性的OH的数量就会越多，光催化剂的活性也就越强。1.3.1 内在因素（1）光催化剂的能带结构。首先，能带的位置决定了光催化剂的氧化还原能力，半导体导带位置上的电位越负还原的能力就越强，价带位置上的电位越正其氧化的能力就越强；其次，半导体对入射光的响应范围取决于半导体禁带宽度的大小。其禁带宽度越小，需要激发的能量就越低，入射光的波长就越长，光催化剂对自然光的吸收效率越高，在光催化反应过程中能利用的自然光就越多，光生e-h+对的产生量就越高，具有强氧化性的OH产生量就越高，光催化的效率就会越高；反之半导体的禁带宽度越大，就越不利于光催化剂利用自然光中的紫外可见光部分进行光催化反应

19、，光催化降解的效率就会降低。 （2）光催化剂的晶体结构。对于同种物质可能由于制备方法、前躯体和实验条件等不同呈现出来的晶体结构也可能不同，不同的晶型结构，光催化剂的活性也会有所不同。如TiO2的金红石型和锐钛矿型的晶型结构都是由TiO6八面体组成，但是它们拥有不同的光催化活性，这主要是因为它们的八面体间的连接方式和八面体的畸变程度不同。一般来说，禁带宽度越大的光催化活性就越低，虽然锐钛矿型的TiO2的禁带宽度(3.2 eV)大于金红石型的(3.0 eV)，但是由于锐钛矿型的晶格的缺陷多，能捕获更多的电子，光生e-和光生h+的复合率就大大降低，因此锐钛矿型的TiO2的光催化活性更高12。对于新型

20、Ag3PO4光催化剂的光催化性能研究发现，利用CH3COOAg和Ag(NH3)2+的化合物作为Ag+的前驱物与Na2HPO4生成的带有正十二面体结构的Ag3PO4和带有正方体结构的Ag3PO4相比较，研究结果表明：带有正十二面体结构的Ag3PO4光催化剂拥有的催化活性更高，这主要是因为正十二面体结构拥有的表面能 (1.31 J/m2)要大于正方体结构所拥有的表面能 (1.12 J/m2)13。 （3）光催化剂的晶粒尺寸大小。光催化剂的晶粒尺寸越小，粒子的比表面积就越大，光催化反应的活性位点就越多，吸附的有机物污染分子就越多，光催化剂的活性就越好；而且由于光催化剂的粒子尺寸小，光生电子从催化剂内

21、部迁跃至半导体表面的时间就越短，光生e-与h+复合的几率越小，光催化剂的催化活性就越好；当光催化剂的粒径较小而产生量子尺寸效应时，半导体光催化剂的光生e-h+对会被控制在一个相对较小的尺寸范围里，使得光催化剂上的导带和价带逐步分离，加大了半导体的能隙间距，从而使得其价带上的电位更正，导带上的电位更负，增加了其氧化还原的能力，提高了光催化剂的光催化活性9。1.3.2 外在因素的影响 （1）光催化剂投加量。在一定范围内，光催化剂的活性会随着光催化剂投加量的增加而增强，但是，在一定的反应体系中，光催化剂的有效受光面积是有一个最大值的，当光催化剂的投加量超过这一临界值时，光催化剂的光催化活性受到影响，

22、催化速率反而会降低。这主要是因为当有机物的浓度较低时，增大光催化剂的投加量就会使产生的光生e-h+对的数量增多，催化剂所提供的活性中心增多，从而增大其光催化速率；当催化剂投加量过多时，就会对入射光产生光的散射作用，降低溶液的透光率，从而降低了光催化反应的速率。 （2）光照强度。现在使用较多的模拟自然光有紫外光灯、氙灯、高压汞灯等，然而半导体材料的入射光波长的响应范围取决于光催化剂的禁带宽度。如果半导体能够被激发而产生载流子的情况下，光催化剂与光照强度在一定范围内吸收的光子数量是呈正相关关系的，光生e-h+对的数目增多，就会增加光催化的效率；反之，当光照强度过大时，尽管光生e-h+对的数量不断增

23、多，但是有机物的浓度会随着时间的变化而不断减小，所以其光催化降解的速率将不再提高14。 （3）反应溶液的pH值。由于水中颗粒的表面负荷易受到反应溶液pH值的影响，而改变颗粒物质在水中的分散状况，所以光催化剂的分散性越好，受灯光照射的面积就越大，产生的光生e-h+对越多，因此迁移到光催化剂表面的空穴量越多，光催化的活性就越高，光催化降解有机物的效果就越好9；而且，不同反应溶液的pH值会影响催化剂表面的荷电状态，进而影响光催化剂对有机污染物的吸附能力，导致光催化降解的效果不一样，因此溶液的pH值对有机物的降解效果有着重要的影响15； （4）反应物初始浓度。一般来说，光催化反应符合Langermui

24、r-Hinshelwood 动力学方程： (7) 式中：r 表示反应速率常数； c表示反应物的浓度； K表示表观速率常数； K表示吸附系数；由方程式（7）可知，当反应物的浓度无限趋近于0时，此时的动力学方程可简化为： (8)即反应速率与反应物浓度成正比，反应物浓度增大，反应速率增大；当初始浓度很大时，此时动力学方程可简化为： （9） 即反应速率与反应物浓度无关；对于中间浓度，初始浓度与反应速率的关系相当复杂，需视情况讨论11。综上所述，半导体光催化剂的催化降解有机污染物的能力受到光催化剂的内在因素和外在因素共同影响。1.4 磷酸银的性质磷酸银化学式是 Ag3PO4（silver phospha

25、te），黄色固体粉末、无味，分子量为418.58，银含量77 %，25 下的相对密度为6.370 g/cm3，熔点849 ，微溶于水和稀醋酸，溶于硝酸、氰化钾、氨水，加热或光照会变成棕色，常用作照相乳液剂、制药和光催化剂。 Ag3PO4是由独立规则的 PO43-四面体组成的体心立方晶体结构，其中12对相邻PO43-四面体的对称点上分布着六个Ag+，它的空间点群为P-43n(218)，晶格参数a=b=c=6.013 ，=90，间接带隙为2.36 eV，直接帯隙为2.43 eV，可吸收波长小于525 nm的紫外光和可见光，它在可见光的照射下表现出极强的光催化氧化降解有机污染物的能力，可以作为一种新

26、型的光催化剂来处理染料废水16。如下图2所示： 图2 磷酸银的晶体结构示意图1.5 Ag3PO4光催化剂的研究现状 近几年来，利用太阳能或紫外光激发的TiO2半导体光催化材料研究的最多。然而TiO2光谱响应范围较窄，禁带宽度较大，只能吸收太阳光中不到5 %的紫外线部分，同时光生e-h+对易复合影响了TiO2的光催化效率，这不利于光催化技术在实际中的应用17-20。自叶金花21发现Ag3PO4作为一种半导体光催化剂具有良好的光催化性能以来，这种新型磷酸银光催化剂便受到人们广泛的关注。 近些年来，由于Ag3PO4高效的催化活性，研究人员在Ag3PO4光催化剂的制备和调控形貌方面做了大量研究。目前，

27、Wang22以硝酸银和磷酸氢二钠为原料，通过简单的化学沉淀法制备出球状的磷酸银颗粒，并对罗丹明B（RhB）进行降解循环使用研究。研究结果表明：Ag3PO4光催化剂的活性先升高后降低；在循环四次时呈现了最大的催化活性；Liang23等人通过离子交换方法和利用柠檬酸钠为辅助剂，合成具有层级结构的多孔Ag3PO4立方体，相对于不规则球形的Ag3PO4，所获得的光催化材料具有较大的比表面积、较窄的禁带宽度，拥有更高的可见光光催化活性。虽然Ag3PO4可见光催化活性很强，但是Ag3PO4容易被分解成弱活性的Ag单质，这就使Ag3PO4的稳定性在实际应用中受到很大的限制，而且，由于金属 Ag的成本高、消耗

28、大，这大大增加了光催化材料的制备成本，所以为了增强其稳定性和降低其制作成本。Bi24等人以简单的离子交换法合成了AgBr/Ag3PO4复合光催化剂，光催化降解甲基橙的实验结果表明被卤化银包裹的Ag3PO4光催化剂的稳定性增强了；在AgBr/Ag3PO4光催化降解循环使用5次之后，AgBr/Ag3PO4的光催化活性仍保持的较高。Yao 25等人通过简单的沉淀法合成了具有异质结构的Ag3PO4/TiO2复合光催化剂，它在对MB和RhB的光催化降解实验发现，纯的TiO2和Ag3PO4的效果明显低于Ag3PO4/TiO2复合光催化剂；由于TiO2的修饰使得银的比重从77 %下降到47 %，降低了Ag3

29、PO4的制备成本；此外，Ag3PO4/TiO2复合光催化材料的循环性实验结果表明，相对于纯Ag3PO4和TiO2的可重复利用性和稳定性，Ag3PO4/TiO2复合光催化材料的效果明显的优于它们。 近些年来，研究表明Ag3PO4与其它半导体材料进行有机复合提高了Ag3PO4的光催化活性、化学稳定性和去除水中有机污染物的能力，由于Ag3PO4的复合光催化材料制备的兴起，顾永琴26等通过原位合成法制备出了光催化性能明显优于Ag3PO4的Ag3PO4/ATP复合光催化剂，利用凹凸棒石负载的纳米Ag3PO4的光催化降解甲基橙的效率也达到了93.4 %，其催化效果显著。徐秀泉27等通过利用超声辅助光致还原

30、法和离子交换法，制备出了高活性的复合光催化剂Ag/Ag3PO4，这种光催化剂对乳酸左氧氟沙星表现出了较强的光解能力，在500 W的可见光照射下，当Ag/Ag3PO4光催化剂的投加量为75 mg、溶液pH=、反应时间为15 min时，对初始浓度为30 umol/L的乳酸左氧氟沙星降解率达到了93.5 %；4次循环使用后的光催化降解能力没有大幅度的降低。徐东方28等人通过采用共沉淀_水热法合成了Ag2S/Ag3PO4复合光催化材料，相比纯的Ag3PO4，立方晶体结构的Ag2S/Ag3PO4复合光催化剂具有较小的粒子尺寸、更宽的可见光普响应型和良好的可见光催化活性。在60 min可见光照射下，光源电

31、流强度为15 A，催化剂使用量为0.15 g，pH=时，对初始浓度为10 mg/L的水杨酸的催化效率达到88.2 %。综上所述，复合型Ag3PO4光催化剂对于降解水中有机污染物表现出了优异的光催化性能。1.6 研究的目的和研究的内容 虽然Ag3PO4光催化材料在水环境治理方面具有极大的应用潜力，但其固有的光腐蚀现象和在水体中微溶的不稳定化学特性限制了它在实际中的应用。如何在现有研究的基础上进一步提高Ag3PO4光催化剂的活性、光稳定性？如何利用简单高效的方法制备出相对经济而又稳定的Ag3PO4复合光催化剂？这都是目前Ag3PO4光催化剂研究中需要迫切解决的问题，也必将成为以后光催化处理污水方面

32、研究的热点。本文在已有的磷酸银光催化性能上，针对磷酸银的光不稳定特性，采用AgAgCl作牺牲剂增加Ag3PO4光催化剂的稳定性和光催化的活性。主要研究内容如下： （1）本论文以AgNO3和NaHCO3溶液为原料，NaH2PO4溶液和KCl为沉淀剂。通过两步法（化学共沉淀法）制得淡紫色的AgAgCl/Ag3PO4复合光催化剂； （2）本论文以番红花红T模拟废水为催化对象，在紫外光灯照射下对不同催化剂投加量、不同番红花红T初始浓度和不同反应时间下AgAgCl/Ag3PO4复合光催化剂的光催化性能进行研究与分析； （3）本论文对AgAgCl/Ag3PO4复合光催化剂对番红花红T光催化循环降解使用的光

33、稳定性进行了研究与分析；（4）本论文考查在AgAgCl/Ag3PO4光催化剂中光生电子、光生空穴、和羟基自由基对番红花红T的光催化降解影响效果。2 实验材料与方法2.1 试剂与设备 (1）试剂。实验所用的试剂均为分析纯试剂，实验用水为机制的超纯水。碳酸氢钠（NaHCO3）（天津市北联精细化学品开发有限公司）、硝酸银（AgNO3)（广东光华科技股份有限公司）、磷酸二氢钠（NaH2PO42H2O)（广东省化学试剂工程技术研究开发中心）、氯化钾（KCl）（湖南省汇虹试剂有限公司）、番红花红T(C20H19CIN4)（天津市科密欧化学试剂有限公司）。(2) 设备。FA2104分析电子天平（上海良平仪器

34、表有限公司）、磁力搅拌器（金坛市大地自动化仪器厂）、国华85-2恒温磁力搅拌器、岛津紫外分光光度计UVmini-1240 、SB-10/TS型号的紫外灯光（波长为254 nm、功率10 w）。(3) 实验装置。光催化降解实验是在自制的光反应器和室温中进行，实验装置如图1所示。自制光催化降解实验装置包括一个紫外光灯（SB-10/TS）、1000 mL烧杯、磁力搅拌器（搅拌器转速为1500 rpm），为了避免紫外光灯对人体的伤害，可在反应器外面盖住黑布。光催化降解性能测试的装置如下图3所示：将一个1000ml的烧杯置于恒温磁搅拌器上，将一根10 W的紫外灯作为光源（光源主波长为254 nm）和转子

35、放在烧杯内。 图3 光催化降解试验装置图2.2 磷酸银光催化剂的制备 本文采用两步法（化学共沉淀法）制备出了AgAgCl/Ag3PO4复合光催化剂，先用NaHCO3将AgNO3转化为Ag2CO3，然后用NaH2PO42H2O和KCl制出Ag3PO4与AgCl。具体的制备过程如下：向200 ml的1 mol/LAgNO3溶液中缓慢滴入120 ml的1 mol/L的NaHCO3溶液，得到乳白色的浑浊液1，滴加完毕后，在室温下继续搅拌大约2 h。然后，将66 ml的1 mol/L的NaH2PO42H2O和ml的1 mol/L的KCl溶液缓慢的滴加到浑浊液中，即得到淡紫色的浑浊液，于室温下继续搅拌5

36、h，并在紫外灯光照射下1 h。经沉淀后，用超纯水洗涤23次，在80 下干燥12 h、研磨，即可制备出淡紫色的AgAgCl/Ag3PO4复合光催化剂29。制得的AgAgCl/Ag3PO4光催化剂避光装瓶备用。 其化学反应方程式如下： （10） （11） （12） (13)2.3 光催化降解实验 以光催化降解番红花红T来评价光催化剂的光催化性能。以紫外光灯（主波长）为光源，将一定量的AgAgCl/Ag3PO4光催化剂和500 mL浓度的番红花红T溶液混合于1000 ml烧杯中，将紫外灯光放置在烧杯中，在1500 rpm下磁力搅拌，每隔10 min取样一次，经过一段时间沉淀后，取上清液，在nm处用紫

37、外分光光度计测其溶液的吸光度。根据Lamberbeer定律，当温度，波长等条件一定时，介质的吸光度与浓度成正比。因此，番红花红T的降解率可以通过下列（14）公式得到： （14）式中：A0为番红花红T溶液的初始吸光度； At为当光催化反应时间为t时的番红花红T溶液的吸光度。3 结果与分析3.1 浓度与吸光度的线性关系 配置四个不同浓度的番红花红T染料，15 mg/L、25 mg/L、35 mg/L、40 mg/L.用紫外分光光度剂在其波长为553 nm处测出三者的初始吸光度值(A0)结果如下表2： 表2 番红花红T浓度与吸光度的线性关系 染料浓度mg/L 0 15 25 35 40 A0 0 0

38、.3892 0.6077 0.8276 0.9570两者的拟合程度见下图4：图4 番红花红T浓度与吸光度的线性关系 由图4可知，浓度与吸光度有很好的线性关系，其线性相关系数R2=.所以，可以通过测定番红花红T染料的吸光度来反应AgAgCl/Ag3PO4光催化剂对番红花红T的降解效果。3.2 AgAgCl/Ag3PO4对光催化降解番红花红T的性能分析3.2.1 催化剂投加量对番红花红T光催化性能的影响 在番红花红T初始浓度为mg/L的条件下，称取0.4 g/L、1g/L 、1.6 g/L不同的光催化剂于500 mL的番红花红溶液中，用波长为254 nm的紫外光灯照射，在常温常压下对1mol/L的

39、番红花红T溶液进行光催化降解实验。 并用紫外分光光度计测其吸光度，实验结果见表3：表3 不同的催化剂投加量下对废水吸光度值的影响反应时间 0.4g/L 1g/L 1.6g/L min 吸光度At 降解率% 吸光度At 降解率% 吸光度At 降解率% 10 0.7119 14.0 0.5925 28.4 0.5861 29.2 20 0.6581 20.5 0.4110 50.3 0.4144 49.9 30 0.5892 28.8 0.2006 75.8 0.2343 71.7 40 0.5353 35.3 0.0875 89.4 0.1390 83.2 50 0.4729 42.3 0.03

40、72 95.5 0.0676 91.8 60 0.3864 53.3 0.0170 98.0 0.0249 97.0 70 0.3092 62.6 0.0275 96.7 0.0188 97.7 80 0.2583 68.8 0.0420 94.9 0.0228 97.3 90 0.2231 73.0 100 0.1782 78.5 110 0.1497 81.9 120 0.1351 83.7 其中35mg/L的番红花红T的初始吸光度值：A0=0.8276。所以不同的催化剂投加量对番红花红T的降解率如下图5所示：图5 光催化剂的投加量对番红花红T降解率的影响由图5可以看出，在反应初始，随着催

41、化剂投加量的增多，番红花红T降解速率短时间内迅速增加，当投加量达到1.6g/L后，尽管催化剂的投加量增多，但其降解率的增加值却逐渐降低。其中0.4 g/L催化剂几乎完全降解35 mg/L番红花红T需要120 min，而1.0 g/L催化剂几乎完全降解35 mg/L番红花红T只需要60 min，光催化降解的效果也最好。 因此本文选用AgAgCl/Ag3PO4复合光催化剂的最佳投加量为1.0 g/L。这主要是因为开始催化剂的用量较少时，在紫外灯光照射下产生的光子能量并没有完全被利用，产生的光生e-h+对较少，导致降解效果不明显；随着催化剂投加量的增加，产生的光生e-h+对增加，催化剂所提供的活性中

42、心也随之增多，吸附的污染物分子也更多，因此提高了光催化活性；但是在一定反应体系中，催化剂的有效受光面积有一个最大值，当催化剂用量超过时，会对入射光产生散射作用，影响催化剂表面对光量子的有效吸收，光的利用率下降，从而降低了降解效果30。3.2.2 番红花红T初始浓度对光催化性能的影响 称取1.0 g/L的AgAgCl/Ag3PO4光催化剂将其分别置于三种不同浓度的500 ml番红花红T染料（25 mg/L、35 mg/L、45 mg/L）中。用波长254 nm的紫外光灯照射，在常温常压下对1mol/L的番红花红T溶液进行光催化降解实验。 并用紫外分光光度计测其吸光度，实验结果见表4。 表4 光催化剂对不同番红花红T的初始浓度的吸光度 反应时间 25mg/L 35mg/L