專利名稱：一種用無(wú)金屬染料光敏化氧化砷的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可見(jiàn)光薄膜催化劑的制備，尤其涉及一種廉價(jià)易得、環(huán)境友好、可再生的無(wú)金屬染料可見(jiàn)光光敏化氧化砷的方法。
背景技術(shù)：
在環(huán)境污染物中，砷是最毒的環(huán)境污染物之一，主要以三價(jià)的亞砷形式存在，它的性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定，毒性大，流動(dòng)性好，分布廣泛，不易處理。飲用砷污染的水將造成慢性砷中毒，包括影響皮膚、肝、腎、肺等器官的正常功能，甚至引發(fā)癌變，危及生命。砷的污染在世界各國(guó)都引起了極大的關(guān)注。盡管砷的去除方法有很多，沉淀法，吸附法，膜分離法，離子交換法，氧化法等，但其都有較大的局限性。半導(dǎo)體光催化技術(shù)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于污水處理，尤其是染料敏化TiO2光催化技術(shù)。利用染料敏化TiO2可見(jiàn)光光催化技術(shù)能有效的降解環(huán)境中的砷污染物，到目前為止有很多染料，比如N719，N3, Z907等。但是這些染料都含有重金屬離子，有一定的毒性且價(jià)格昂貴，并且染料自身存在不穩(wěn)定等問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種簡(jiǎn)便高效的用無(wú)金屬染料光敏化氧化砷的方法。本發(fā)明用無(wú)金屬染料光敏化氧化砷的方法，包括如下步驟:
1)依次用乙醇、丙酮和去離子水超聲清洗基體ITO導(dǎo)電玻璃，氮?dú)飧稍铮?br> 2)采用刮片法將TiO2膠體涂在上述ITO導(dǎo)電玻璃上，然后在450°C下焙燒30min，在ITO導(dǎo)電玻璃表面形成TiO2薄膜；
3)將上述表面有TiO2薄膜的ITO導(dǎo)電玻璃放入0.2 0.5 mmol/L的曙紅Y乙醇溶液中浸泡至少12 h，用乙醇清洗，自然晾干，得到表面吸附有無(wú)金屬染料曙紅Y的薄膜電極；
4)將As3+的化合物、碘化鉀和硫酸鈉充分溶解于去離子水中，得到電解液，使電解液中As3+的濃度為0.2 1.0 mmol/L，碘化鉀的濃度為200 mmol/L，硫酸鈉的濃度為0.2 mol/L，調(diào)節(jié)電解液的pH值為2.8 3.2 ；
5)將經(jīng)步驟3)處理的薄膜電極放入電解液中，以薄膜電極為工作電極，鉬電極為對(duì)電極，飽和甘汞電極為參比電極，加-0.2 0.2 V電壓，并用500 W Xe燈照射，將As3+氧化成 As5+。上述的As3+的化合物是 As (OH) 3、As (OH)4、AsO2OH2 或 AsO33。本發(fā)明采用廉價(jià)易得的無(wú)金屬染料曙紅Y光敏化降解環(huán)境中的As3+污染物，具有設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低廉、無(wú)污染、可以在常溫常壓下操作的特點(diǎn)，有望進(jìn)行工業(yè)廢水處理。


圖1是無(wú)金屬染料薄膜電極的吸收光譜；圖中:曲線(I)為T(mén)iO2薄膜電極的吸收光譜；曲線(2)為表面吸附有無(wú)金屬染料曙紅Y薄膜電極的吸收光譜。圖2是[As3+]初始濃度為0.2 mM，不同電位下生成[As5+]隨時(shí)間的變化圖；圖中:曲線(I)為實(shí)施例1中0.2V電位下生成[As5+]隨時(shí)間的變化圖；曲線(2)為實(shí)施例2中-
0.1V電位下生成[As5+]隨時(shí)間的變化圖；曲線(3)為實(shí)施例3中-0.2V電位下生成[As5+]隨時(shí)間的變化圖。圖3是電位為0.2 V，不同初始[As3+]濃度下生成[As5+]隨時(shí)間的變化圖。圖中:曲線(I)為實(shí)施例4中電位為0.2 V，初始[As3+]濃度為1.0 mM條件下生成[As5+]隨時(shí)間的變化圖；(2)為實(shí)施例5中電位為0.2 V，初始[As3+]濃度為0.5 mM條件下生成[As5+]隨時(shí)間的變化圖；(3)為實(shí)施例1中電位為0.2 V，初始[As3+]濃度為0.2 mM條件下生成[As5+]隨時(shí)間的變化圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。實(shí)施例1
1)依次用乙醇、丙酮和去離子水超聲清洗基體ITO導(dǎo)電玻璃，氮?dú)飧稍铮?br> 2)采用刮片法將TiO2膠體涂在上述ITO導(dǎo)電玻璃上，然后在450°C下焙燒30min，在ITO導(dǎo)電玻璃表面形成TiO2薄膜； 3)將上述表面有TiO2薄膜的ITO導(dǎo)電玻璃放入0.5 mmol/L的曙紅Y乙醇溶液中浸泡12 h，用乙醇清洗，自然晾干，然后用玻璃刀切割成面積為1.5CmX1.5Cm的小塊，并用導(dǎo)電膠將穿過(guò)玻璃管的導(dǎo)線固定在其上面，然后用706膠密封，得到表面吸附有無(wú)金屬染料曙紅Y的薄膜電極，其吸收光譜見(jiàn)圖1曲線(2)，與表面沒(méi)有吸附無(wú)金屬染料曙紅Y的薄膜電極的吸收光譜曲線(I)比較，可見(jiàn)吸附有無(wú)金屬染料曙紅Y的薄膜電極吸光達(dá)到550 nm,能夠很好的利用太陽(yáng)光中的可見(jiàn)光。4)將亞砷酸鈉、碘化鉀和硫酸鈉充分溶解于去離子水中，得到電解液，使電解液中As3+的濃度為0.2 mmol/L，碘化鉀的濃度為200 mmol/L，硫酸鈉的濃度為0.2 mol/L，調(diào)節(jié)電解液的pH值為3.0;
5)將經(jīng)步驟3)處理的薄膜電極放入電解液中，以該薄膜電極為工作電極，鉬電極為對(duì)電極，飽和甘汞電極為參比電極，用恒電位儀CHI660A加0.2V電壓，用500 W Xe燈照射，并且加濾光片濾去紫外光。6)用電分析的方法測(cè)得[As5+]隨時(shí)間的變化，如圖2中的曲線(I)。實(shí)施例2
1)依次用乙醇、丙酮和去離子水超聲清洗基體ITO導(dǎo)電玻璃，氮?dú)飧稍铮?br> 2)采用刮片法將TiO2膠體涂在上述ITO導(dǎo)電玻璃上，然后在450°C下焙燒30min，在ITO導(dǎo)電玻璃表面形成TiO2薄膜；
3)將上述表面有TiO2薄膜的ITO導(dǎo)電玻璃放入0.5 mmol/L的曙紅Y乙醇溶液中浸泡12 h，用乙醇清洗，自然晾干，然后用玻璃刀切割成面積為1.5CmX1.5Cm的小塊，并用導(dǎo)電膠將穿過(guò)玻璃管的導(dǎo)線固定在其上面，然后用706膠密封，得到表面吸附有無(wú)金屬染料曙紅Y的薄膜電極；
4)將亞砷酸鈉、碘化鉀和硫酸鈉充分溶解于去離子水中，得到電解液，使電解液中As3+的濃度為0.2 mmol/L，碘化鉀的濃度為200 mmol/L，硫酸鈉的濃度為0.2 mol/L，調(diào)節(jié)電解液的pH值為3.0;
5)將經(jīng)步驟3)處理的薄膜電極放入電解液中，以該薄膜電極為工作電極，鉬電極為對(duì)電極，飽和甘汞電極為參比電極，用恒電位儀CHI660A加-0.1V電壓，用500 W Xe燈照射，并且加濾光片濾去紫外光。6)用電分析的方法測(cè)得[As5+]隨時(shí)間的變化，如圖2中的曲線(2)。實(shí)施例3
1)依次用乙醇、丙酮和去離子水超聲清洗基體ITO導(dǎo)電玻璃，氮?dú)飧稍铮?br> 2)采用刮片法將TiO2膠體涂在上述ITO導(dǎo)電玻璃上，然后在450°C下焙燒30min，在ITO導(dǎo)電玻璃表面形成TiO2薄膜；
3)將上述表面有TiO2薄膜的ITO導(dǎo)電玻璃放入0.5 mmol/L的曙紅Y乙醇溶液中浸泡12 h，用乙醇清洗，自然晾干，然后用玻璃刀切割成面積為1.5CmX1.5Cm的小塊，并用導(dǎo)電膠將穿過(guò)玻璃管的導(dǎo)線固定在其上面，然后用706膠密封，得到表面吸附有無(wú)金屬染料曙紅Y的薄膜電極；
4)將亞砷酸鈉、碘化鉀和硫酸鈉充分溶解于去離子水中，得到電解液，使電解液中As3+的濃度為0.2 mmol/L，碘化鉀的濃度為200 mmol/L，硫酸鈉的濃度為0.2 mol/L，調(diào)節(jié)電解液的pH值為3.0;
5)將經(jīng)步驟3)處理的薄膜電極放入電解液中，以該薄膜電極為工作電極，鉬電極為對(duì)電極，飽和甘汞電極為參比電極，用恒電位儀CHI660A加-0.2V電壓，用500 W Xe燈照射，并且加濾光片濾去紫外光。6)用電分析的方法測(cè)得[As5+]隨時(shí)間的變化，如圖2中的曲線(3)。從圖2可見(jiàn)，電位能夠顯著的影響[As5+]的生成速率，[As5+]的生成速率隨著電位的增大而增大，因而，在相同的As3+初始濃度條件下，通過(guò)調(diào)節(jié)電位，進(jìn)而能控制[As5+]的生成速率。實(shí)施例4
1)依次用乙醇、丙酮和去離子水超聲清洗基體ITO導(dǎo)電玻璃，氮?dú)飧稍铮?br> 2)采用刮片法將TiO2膠體涂在上述ITO導(dǎo)電玻璃上，然后在450°C下焙燒30min，在ITO導(dǎo)電玻璃表面形成TiO2薄膜；
3)將上述表面有TiO2薄膜的ITO導(dǎo)電玻璃放入0.5 mmol/L的曙紅Y乙醇溶液中浸泡12 h，用乙醇清洗，自然晾干，然后用玻璃刀切割成面積為1.5CmX1.5Cm的小塊，并用導(dǎo)電膠將穿過(guò)玻璃管的導(dǎo)線固定在其上面，然后用706膠密封，得到表面吸附有無(wú)金屬染料曙紅Y的薄膜電極；
4)將亞砷酸鈉、碘化鉀和硫酸鈉充分溶解于去離子水中，得到電解液，使電解液中As3+的濃度為1.0 mmol/L，碘化鉀的濃度為200 mmol/L，硫酸鈉的濃度為0.2 mol/L，調(diào)節(jié)電解液的pH值為3.0;
5)將經(jīng)步驟3)處理的薄膜電極放入電解液中，以該薄膜電極為工作電極，鉬電極為對(duì)電極，飽和甘汞電極為參比電極，用恒電位儀CHI660A加-0.2V電壓，用500 W Xe燈照射，并且加濾光片濾去紫外光。6)用電分析的方法測(cè)得[As5+]隨時(shí)間的變化，如圖3中的曲線(I)。
實(shí)施例5
1)依次用乙醇、丙酮和去離子水超聲清洗基體ITO導(dǎo)電玻璃，氮?dú)飧稍铮?br> 2)采用刮片法將TiO2膠體涂在上述ITO導(dǎo)電玻璃上，然后在450°C下焙燒30min，在ITO導(dǎo)電玻璃表面形成TiO2薄膜；
3)將上述表面有TiO2薄膜的ITO導(dǎo)電玻璃放入0.5 mmol/L的曙紅Y乙醇溶液中浸泡12 h，用乙醇清洗，自然晾干，然后用玻璃刀切割成面積為1.5CmX1.5Cm的小塊，并用導(dǎo)電膠將穿過(guò)玻璃管的導(dǎo)線固定在其上面，然后用706膠密封，得到表面吸附有無(wú)金屬染料曙紅Y的薄膜電極；
4)將亞砷酸鈉、碘化鉀和硫酸鈉充分溶解于去離子水中，得到電解液，使電解液中As3+的濃度為0.5 mmol/L，碘化鉀的濃度為200 mmol/L，硫酸鈉的濃度為0.2 mol/L，調(diào)節(jié)電解液的pH值為3.0;
5)將經(jīng)步驟3)處理的薄膜電極放入電解液中，以該薄膜電極為工作電極，鉬電極為對(duì)電極，飽和甘汞電極為參比電極，用恒電位儀CHI660A加-0.1V電壓，用500 W Xe燈照射，并且加濾光片濾去紫外光。6)用電分析的方法測(cè)得[As5+]隨時(shí)間的變化，如圖3中的曲線(2)。從圖3可見(jiàn)，改變As3+的初始濃度能改變[As5+]的生成速率，[As5+]的生成速率隨著As3+的增大而增大，因此，在相同外加電位的條件下，可以通過(guò)改變As3+的初始濃度來(lái)控制反應(yīng) 的快慢。
權(quán)利要求
1.一種用無(wú)金屬染料光敏化氧化砷的方法，其特征在于包括如下步驟: 1)依次用乙醇、丙酮和去離子水超聲清洗基體ITO導(dǎo)電玻璃，氮?dú)飧稍铮? 2)采用刮片法將TiO2膠體涂在上述ITO導(dǎo)電玻璃上，然后在450°C下焙燒30min，在ITO導(dǎo)電玻璃表面形成TiO2薄膜； 3)將上述表面有TiO2薄膜的ITO導(dǎo)電玻璃放入0.2 0.5 mmol/L的曙紅Y乙醇溶液中浸泡至少12 h，用乙醇清洗，自然晾干，得到表面吸附有無(wú)金屬染料曙紅Y的薄膜電極； 4)將As3+的化合物、碘化鉀和硫酸鈉充分溶解于去離子水中，得到電解液，使電解液中As3+的濃度為0.2 1.0 mmol/L，碘化鉀的濃度為200 mmol/L，硫酸鈉的濃度為0.2 mol/L，調(diào)節(jié)電解液的pH值為2.8 3.2 ； 5)將經(jīng)步 驟3)處理的薄膜電極放入電解液中，以薄膜電極為工作電極，鉬電極為對(duì)電極，飽和甘汞電極為參比電極，加-0.2 0.2 V電壓，并用500 W Xe燈照射，將As3+氧化成 As5+。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用無(wú)金屬染料光敏化氧化砷的方法。步驟包括在經(jīng)過(guò)清洗的基體ITO導(dǎo)電玻璃上涂TiO2膠體，焙燒后放入曙紅Y乙醇溶液中浸泡，得到表面吸附有無(wú)金屬染料曙紅Y的薄膜電極；將As3+的化合物、碘化鉀和硫酸鈉充分溶解于去離子水中，得到電解液，將經(jīng)上述處理的薄膜電極放入電解液中，以該薄膜電極為工作電極，鉑電極為對(duì)電極，飽和甘汞電極為參比電極，加-0.2～0.2V電壓，并用500WXe燈照射，將As3+氧化成As5+。本發(fā)明采用廉價(jià)易得的無(wú)金屬染料曙紅Y光敏化降解環(huán)境中的As3+污染物，具有設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低廉、無(wú)污染、可以在常溫常壓下操作的特點(diǎn)，有望進(jìn)行工業(yè)廢水處理。
文檔編號(hào)C02F1/64GK103172162SQ20131007057
公開(kāi)日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2013年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月6日
發(fā)明者朱紅喬, 李想, 李海麗, 冷文華 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)