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染料敏化是一种能把TiO2半导体光催化的应用范围从紫外光区域拓展到可见光区域的重要手段,已经在太阳能电池、处理污染物和选择性氧化方面显示出非常好的发展前景。探究可见光照射下TiO2体系中的染料敏化降解机理,对于深入理解TiO2半导体的光催化原理,延长染料敏化剂的寿命,加速加深染料污染物的降解都具有非常重要的意义。
本论文选择蒽醌类染料茜素红(AR)作为目标分子,观测了AR在TiO2体系中敏化降解的褪色动力学和矿化动力学,研究了过氧化氢酶和超氧化物歧化酶对于降解反应的影响,进行了AR降解产物的同位素跟踪实验,希望能进一步了解染料敏化降解过程当中的电子转移过程和反应途径。具体的研究内容如下:
1、通过HPLC观测AR的降解动力学,用重铬酸钾法测量悬浮体系的化学耗氧量(COD)的变化。发现AR的降解动力学同体系矿化率的变化趋势几乎一致,说明几乎不存在中间产物的再降解情况,AR失去多个电子之后直接降解为最终产物。
2、用LC-ESI-MS和GC-MS检测AR降解产物,得到其分子离子峰的基础上,再通过二级质谱的碎片峰推测降解产物的结构式。然后利用氧十八的水(H218O)进行降解产物的同位素跟踪实验,得出结论:H218O(18OH-)以亲核进攻的形式参与到光降解反应中,其中的部分18O原子进入到了产物当中。
3、在AR敏化降解的体系中加入过氧化氢酶和超氧化物歧化酶,观测其对于AR褪色动力学,矿化动力学以及双氧水浓度变化的影响。发现H2O2和·OH不直接参与染料降解,只是氧气获得导带电子以后反应生成的副产物;而O2-(HOO·)对染料矿化有部分作用,但不是最主要的矿化因素。