一种用无金属染料光敏化氧化砷的方法

摘要

本发明公开了一种用无金属染料光敏化氧化砷的方法。步骤包括：在经过清洗的基体ITO导电玻璃上涂TiO2胶体，焙烧后放入曙红Y乙醇溶液中浸泡，得到表面吸附有无金属染料曙红Y的薄膜电极；将As3+的化合物、碘化钾和硫酸钠充分溶解于去离子水中，得到电解液，将经上述处理的薄膜电极放入电解液中，以该薄膜电极为工作电极，铂电极为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，加-0.2～0.2V电压，并用500WXe灯照射，将As3+氧化成As5+。本发明采用廉价易得的无金属染料曙红Y光敏化降解环境中的As3+污染物，具有设备简单、成本低廉、无污染、可以在常温常压下操作的特点，有望进行工业废水处理。

权利要求

1.一种用无金属染料光敏化氧化砷的方法，其特征在于包括如下步骤：

1) 依次用乙醇、丙酮和去离子水超声清洗基体ITO导电玻璃，氮气干燥；

2) 采用刮片法将TiO2胶体涂在上述ITO导电玻璃上，然后在450℃下焙烧30 min，在ITO导电玻璃表面形成TiO2薄膜；

3) 将上述表面有TiO2薄膜的ITO导电玻璃放入0.2～0.5 mmol/L的曙红Y乙醇溶液中浸泡至少12 h，用乙醇清洗，自然晾干，得到表面吸附有无金属染料曙红Y的薄膜电极；

3+

4) 将As 的化合物、碘化钾和硫酸钠充分溶解于去离子水中，得到电解液，使电解液

3+

中As 的浓度为0.2～1.0 mmol/L，碘化钾的浓度为200 mmol/L，硫酸钠的浓度为0.2 mol/L，调节电解液的pH值为2.8～3. 2；

5) 将经步骤3)处理的薄膜电极放入电解液中，以薄膜电极为工作电极，铂电极为对

3+

电极，饱和甘汞电极为参比电极，加-0.2～0.2 V电压，并用500 W Xe灯照射，将As 氧化

5+

成As 。

说明书

一种用无金属染料光敏化氧化砷的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及可见光薄膜催化剂的制备，尤其涉及一种廉价易得、环境友好、可再生的无金属染料可见光光敏化氧化砷的方法。

背景技术

[0002] 在环境污染物中，砷是最毒的环境污染物之一，主要以三价的亚砷形式存在，它的性质相对稳定，毒性大，流动性好，分布广泛，不易处理。饮用砷污染的水将造成慢性砷中毒，包括影响皮肤、肝、肾、肺等器官的正常功能，甚至引发癌变，危及生命。

[0003] 砷的污染在世界各国都引起了极大的关注。尽管砷的去除方法有很多，沉淀法，吸附法，膜分离法，离子交换法，氧化法等，但其都有较大的局限性。

[0004] 半导体光催化技术已经广泛的应用于污水处理，尤其是染料敏化TiO2光催化技术。利用染料敏化TiO2可见光光催化技术能有效的降解环境中的砷污染物，到目前为止有很多染料，比如N719，N3，Z907等。但是这些染料都含有重金属离子，有一定的毒性且价格昂贵，并且染料自身存在不稳定等问题。

发明内容

[0005] 本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种简便高效的用无金属染料光敏化氧化砷的方法。

[0006] 本发明用无金属染料光敏化氧化砷的方法，包括如下步骤：

[0007] 1) 依次用乙醇、丙酮和去离子水超声清洗基体ITO导电玻璃，氮气干燥；

[0008] 2) 采用刮片法将TiO2胶体涂在上述ITO导电玻璃上，然后在450℃下焙烧30 min，在ITO导电玻璃表面形成TiO2薄膜；

[0009] 3) 将上述表面有TiO2薄膜的ITO导电玻璃放入0.2～0.5 mmol/L的曙红Y乙醇溶液中浸泡至少12 h，用乙醇清洗，自然晾干，得到表面吸附有无金属染料曙红Y的薄膜电极；

[0010] 4) 将As3+的化合物、碘化钾和硫酸钠充分溶解于去离子水中，得到电解液，使电3+
解液中As 的浓度为0.2～1.0 mmol/L，碘化钾的浓度为200 mmol/L，硫酸钠的浓度为0.2 mol/L，调节电解液的pH值为2.8～3. 2；

[0011] 5) 将经步骤3)处理的薄膜电极放入电解液中，以薄膜电极为工作电极，铂电极3+
为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，加-0.2～0.2 V电压，并用500 W Xe灯照射，将As
5+
氧化成As 。

[0012] 上述的As3+的化合物是As(OH)3、As(OH)4�、AsO2OH2� 或 AsO33�。

[0013] 本发明采用廉价易得的无金属染料曙红Y光敏化降解环境中的As3+污染物，具有设备简单、成本低廉、无污染、可以在常温常压下操作的特点，有望进行工业废水处理。

附图说明

[0014] 图1是无金属染料薄膜电极的吸收光谱；图中：曲线（1）为TiO2薄膜电极的吸收光谱；曲线（2）为表面吸附有无金属染料曙红Y薄膜电极的吸收光谱。

[0015] 图2是[As3+]初始浓度为0.2 mM，不同电位下生成[As5+]随时间的变化图；图中：5+
曲线（1）为实施例1中0.2V电位下生成[As ]随时间的变化图；曲线（2）为实施例2中-
5+ 5+
0.1V电位下生成[As ]随时间的变化图；曲线（3）为实施例3中- 0.2V电位下生成[As ]随时间的变化图。

[0016] 图3是电位为0.2 V，不同初始[As3+]浓度下生成[As5+]随时间的变化图。图中：3+ 5+
曲线（1）为实施例4中电位为0.2 V，初始[As ]浓度为1.0 mM条件下生成[As ]随时间
3+ 5+
的变化图；（2）为实施例5中电位为0.2 V，初始[As ]浓度为0.5 mM条件下生成[As ]
3+
随时间的变化图；（3）为实施例1中电位为0.2 V，初始[As ]浓度为0.2 mM条件下生成
5+
[As ]随时间的变化图。

具体实施方式

[0017] 以下结合实施例进一步说明本发明。

[0018] 实施例1

[0019] 1) 依次用乙醇、丙酮和去离子水超声清洗基体ITO导电玻璃，氮气干燥；

[0020] 2) 采用刮片法将TiO2胶体涂在上述ITO导电玻璃上，然后在450℃下焙烧30 min，在ITO导电玻璃表面形成TiO2薄膜；

[0021] 3) 将上述表面有TiO2薄膜的ITO导电玻璃放入0.5 mmol/L的曙红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积为1.5cm×1.5cm的小块，并用导电胶将穿过玻璃管的导线固定在其上面，然后用706胶密封，得到表面吸附有无金属染料曙红Y的薄膜电极，其吸收光谱见图1曲线（2），与表面没有吸附无金属染料曙红Y的薄膜电极的吸收光谱曲线（1）比较，可见吸附有无金属染料曙红Y的薄膜电极吸光达到550 nm，能够很好的利用太阳光中的可见光。

[0022] 4) 将亚砷酸钠、碘化钾和硫酸钠充分溶解于去离子水中，得到电解液，使电解液3+
中As 的浓度为0.2 mmol/L，碘化钾的浓度为200 mmol/L，硫酸钠的浓度为0.2 mol/L，调节电解液的pH值为3. 0；

[0023] 5) 将经步骤3)处理的薄膜电极放入电解液中，以该薄膜电极为工作电极，铂电极为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，用恒电位仪CHI660A加0.2V电压，用500 W Xe灯照射，并且加滤光片滤去紫外光。

[0024] 6) 用电分析的方法测得[As5+]随时间的变化，如图2中的曲线（1）。

[0025] 实施例2

[0026] 1) 依次用乙醇、丙酮和去离子水超声清洗基体ITO导电玻璃，氮气干燥；

[0027] 2) 采用刮片法将TiO2胶体涂在上述ITO导电玻璃上，然后在450℃下焙烧30 min，在ITO导电玻璃表面形成TiO2薄膜；

[0028] 3) 将上述表面有TiO2薄膜的ITO导电玻璃放入0.5 mmol/L的曙红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积为1.5cm×1.5cm的小块，并用导电胶将穿过玻璃管的导线固定在其上面，然后用706胶密封，得到表面吸附有无金属染料曙红Y的薄膜电极；

[0029] 4)将亚砷酸钠、碘化钾和硫酸钠充分溶解于去离子水中，得到电解液，使电解液中3+
As 的浓度为0.2 mmol/L，碘化钾的浓度为200 mmol/L，硫酸钠的浓度为0.2 mol/L，调节电解液的pH值为3. 0；

[0030] 5) 将经步骤3)处理的薄膜电极放入电解液中，以该薄膜电极为工作电极，铂电极为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，用恒电位仪CHI660A加-0.1V电压，用500 W Xe灯照射，并且加滤光片滤去紫外光。

[0031] 6) 用电分析的方法测得[As5+]随时间的变化，如图2中的曲线（2）。

[0032] 实施例3

[0033] 1)依次用乙醇、丙酮和去离子水超声清洗基体ITO导电玻璃，氮气干燥；

[0034] 2) 采用刮片法将TiO2胶体涂在上述ITO导电玻璃上，然后在450℃下焙烧30 min，在ITO导电玻璃表面形成TiO2薄膜；

[0035] 3) 将上述表面有TiO2薄膜的ITO导电玻璃放入0.5 mmol/L的曙红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积为1.5cm×1.5cm的小块，并用导电胶将穿过玻璃管的导线固定在其上面，然后用706胶密封，得到表面吸附有无金属染料曙红Y的薄膜电极；

[0036] 4)将亚砷酸钠、碘化钾和硫酸钠充分溶解于去离子水中，得到电解液，使电解液中3+
As 的浓度为0.2 mmol/L，碘化钾的浓度为200 mmol/L，硫酸钠的浓度为0.2 mol/L，调节电解液的pH值为3. 0；

[0037] 5) 将经步骤3)处理的薄膜电极放入电解液中，以该薄膜电极为工作电极，铂电极为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，用恒电位仪CHI660A加-0.2V电压，用500 W Xe灯照射，并且加滤光片滤去紫外光。

[0038] 6) 用电分析的方法测得[As5+]随时间的变化，如图2中的曲线（3）。

[0039] 从图2可见，电位能够显著的影响[As5+]的生成速率，[As5+]的生成速率随着电位3+ 5+
的增大而增大，因而，在相同的As 初始浓度条件下，通过调节电位，进而能控制[As ]的生成速率。

[0040] 实施例4

[0041] 1)依次用乙醇、丙酮和去离子水超声清洗基体ITO导电玻璃，氮气干燥；

[0042] 2) 采用刮片法将TiO2胶体涂在上述ITO导电玻璃上，然后在450℃下焙烧30 min，在ITO导电玻璃表面形成TiO2薄膜；

[0043] 3) 将上述表面有TiO2薄膜的ITO导电玻璃放入0.5 mmol/L的曙红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积为1.5cm×1.5cm的小块，并用导电胶将穿过玻璃管的导线固定在其上面，然后用706胶密封，得到表面吸附有无金属染料曙红Y的薄膜电极；

[0044] 4)将亚砷酸钠、碘化钾和硫酸钠充分溶解于去离子水中，得到电解液，使电解液中3+
As 的浓度为1.0 mmol/L，碘化钾的浓度为200 mmol/L，硫酸钠的浓度为0.2 mol/L，调节电解液的pH值为3. 0；

[0045] 5) 将经步骤3)处理的薄膜电极放入电解液中，以该薄膜电极为工作电极，铂电极为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，用恒电位仪CHI660A加-0.2V电压，用500 W Xe灯照射，并且加滤光片滤去紫外光。

[0046] 6) 用电分析的方法测得[As5+]随时间的变化，如图3中的曲线（1）。

[0047] 实施例5

[0048] 1)依次用乙醇、丙酮和去离子水超声清洗基体ITO导电玻璃，氮气干燥；

[0049] 2) 采用刮片法将TiO2胶体涂在上述ITO导电玻璃上，然后在450℃下焙烧30 min，在ITO导电玻璃表面形成TiO2薄膜；

[0050] 3) 将上述表面有TiO2薄膜的ITO导电玻璃放入0.5 mmol/L的曙红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积为1.5cm×1.5cm的小块，并用导电胶将穿过玻璃管的导线固定在其上面，然后用706胶密封，得到表面吸附有无金属染料曙红Y的薄膜电极；

[0051] 4)将亚砷酸钠、碘化钾和硫酸钠充分溶解于去离子水中，得到电解液，使电解液中3+
As 的浓度为0.5 mmol/L，碘化钾的浓度为200 mmol/L，硫酸钠的浓度为0.2 mol/L，调节电解液的pH值为3. 0；

[0052] 5) 将经步骤3)处理的薄膜电极放入电解液中，以该薄膜电极为工作电极，铂电极为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，用恒电位仪CHI660A加-0.1V电压，用500 W Xe灯照射，并且加滤光片滤去紫外光。

[0053] 6) 用电分析的方法测得[As5+]随时间的变化，如图3中的曲线（2）。

[0054] 从图3可见，改变As3+的初始浓度能改变[As5+]的生成速率，[As5+]的生成速率随3+ 3+
着As 的增大而增大，因此，在相同外加电位的条件下，可以通过改变As 的初始浓度来控制反应的快慢。