光降解实验报告

实验室：208化学实验室时间：2015年1实验名称：三草酸合铁酸(Ⅲ)钾的制备及光学性质检测一．实验目的：(1).掌握合成K3[Fe(C2O4)3]·3H2O的基本原理；(2).学习用K3[Fe(C2O4)3]·3H2O降解亚甲基蓝的原理和方法；二．实验原理：(1).三草酸合铁酸(Ⅲ)钾的制备本实验以莫尔盐加草酸形成草酸亚铁沉淀，经氧化、配位得到[Fe(C2O4)3]3-，加入有机溶剂，冷却结晶得到K3[Fe(C2O4)3]·3H2O，主要涉及以下反应：沉淀反应(NH4)2Fe(SO4)2+H2C2O4+2H2O=FeC2O4∙2H2O↓（黄）+(NH4)2SO4+H2SO氧化还原反应18FeC2O4+9H2O2+9K2C2O4=4Fe(OH)3↓+5Fe2(C2O4)3+4K3[Fe(C2O4)3配位反应乙醇、冷却2Fe(OH)3+Fe2(C2O4)3+3K2C2O4+6H2C2O4=12K++4[Fe(C2O4)3]3-(翠绿色)+9H乙醇、冷却[Fe(C2O4)3]3-+3K++3H2OK3[Fe(C2O4)3]·3H2O(翠绿色)(2).K3[Fe(C2O4)3]·3H2O的光降解反应基理K3[Fe(C2O4)3]·3H2O溶液在受到紫外光及可见光照射时，会发生一复杂的光解过程，光解过程的产物为H2O2与Fe(II)，继而H2O2与Fe(Ⅱ)又反应生成具有强氧化性能力的羟基自由基。其可能的主要反应有：Fe(C2O4)3一+hvFe(C2O4)2一+C2O4·一(1)C2O4·一+O2O2·一+CO2(2)O2·一+H+HO2·(3)HO2·/O2·—+Fe(II)H+Fe(Ⅲ)+H2O2(4)HO2·/O2·+Fe(Ⅲ)H+Fe(II)+O2(5)H2O2+Fe(II)·OH+OH一+Fe(Ⅲ)(6)生成的羟基自由基具有很强的氧化能力，可将水中有机物氧化。这一光化学体系具有光解效率高、氧化能力强、无二次污染及可以利用可见光等特点，在环境污染物治理领域，具有重要的研究价值和广泛的应用前景。本实验采用上述方法合成K3[Fe(C2O4)3]·3H2O配合物，并用来光降解亚甲基蓝溶液。三．实验步骤：1.合成K3[Fe(C2O4)3]·3H2O晶体(1).草酸亚铁沉淀的制备5.12g(NH4)2Fe(SO4)2··6H2O100mL烧杯+1mL1mol.L-1H2SO4+15mLH2O加热溶解+25mLH2C2O4饱和溶液加热煮沸停止加热、静置析出黄色FeC2O4·2H2O沉淀倾去上层清夜倾析法洗涤沉淀FeC2O4·2H2O黄色沉淀(2).Fe(Ⅱ)氧化成Fe(Ⅲ)FeC2O4·2H2O晶体+10mL饱和K2C2O4滴加20mLω=3%H2O2(313K)深棕色沉淀加热煮沸除去过量H2O2(3).酸溶、配位反应滴加约7.8ml饱和H2C2O4溶液(pH3.0~4.0)[Fe(C2O4)3]3-(翠绿色)10mLφ=95%乙醇冰水冷却K3[Fe(C2O4)3]·3H2O(翠绿色晶体)抽滤(乙醇-丙酮洗涤)收集产品2.光降解亚甲基蓝(1).用紫外可见光分光光度计测亚甲基蓝的最大吸收波长用紫外分光光度计测得5mg/L的亚甲基蓝溶液最大吸收波长为664nm。(2).溶液的配置a.配置10mg/L的草酸溶液：称取草酸固体0.091g，用蒸馏水溶解，定容到100mL的容量瓶；b.配置2mmol/L的K3[Fe(C2O4)3]·3H2O溶液：称取0.099g的K3[Fe(C2O4)3]·3H2O晶体，加水溶解定容到100mL的容量瓶；c.配置250mg/L的亚甲基蓝溶液：称取亚甲基蓝0.025g，加水溶解，定容到100mL的容量瓶(3)光降解反应过程于250mL容量瓶中加入上述亚甲基蓝溶液5.00mL、草酸溶液12.00mL、K3[Fe(C2O4)3]·3H2O溶液5.00mL,定容至250mL（此时亚甲基蓝溶液浓度为5mg/L，K3[Fe(C2O4)3]·3H2O溶液的浓度0.040mmol/L、草酸浓度为0.24mmoL/L）。测得此时混合溶液PH≈5,将上述溶液置于大烧杯中，用冷光源照射(用ST-85型数字照度计测得光照度约为148.5×103lx)，每隔15min用755B紫外可见分光光度计测试溶液吸光度变化。(4).探究K3[Fe(C2O4)3]·3H2O浓度对光降解效率的影响控制加入到亚甲基蓝溶液的量和草酸的量不变（溶液PH≈5），依次改变加入的K3[Fe(C2O4)3]·3H2O溶液的量（分别测定加入2.50ml2mmol/L的K3[Fe(C2O4)3]·3H2O溶液、5.00ml2mmol/L的K3[Fe(C2O4)3]·3H2O溶液和加入7.50ml2mmol/L的K3[Fe(C2O4)3]·3H2O溶液），每隔15min测定混合溶液吸光度的变化。(5).探究溶液PH值对光降解效率的影响控制加入到亚甲基蓝溶液的量和K3[Fe(C2O4)3]·3H2O的量不变，改变加入酸度量（分别在PH≈3、PH≈4,PH≈5时，每隔15min测定混合溶液吸光度。）四．结果与讨论：1.用亚甲基蓝的转化率表示光降解效率（η）η%=[(A0－A)×100]/A0(A0和A分别为降解前后混合溶液的吸光度)2、用双光束紫外可见分光光度计测5mg/L亚甲基蓝溶液的最大吸收波长测量方式：Abs 狭缝宽度：2nm取样间隔：1.00 扫描速度：快速操作员：LabTech 样品名称：5mg/L亚甲基蓝溶液测量时间：00:212002-01-01 打印时间：00:232002-01-01与上图可知，5mg/L的亚甲基蓝溶液最大吸收波长为664nm。3.探究K3[Fe(C2O4)3]·3H2O浓度对光降解效率的影响从上图可以看出，在控制加入到亚甲基蓝溶液的量和草酸的量不变（溶液PH≈5）的情况下，随着K3[Fe(C2O4)3]·3H2O量的增加，光降解效率依次增大。4.探究溶液PH值对光降解效率的影响由上图可知，在控制加入到亚甲基蓝溶液的量和K3[Fe(C2O4)3]·3H2O的量不变的前提下，随着溶液PH的降低，K3[Fe(C2O4)3]·3H2O的光降解效率逐渐增强，但随着光降解时间的延长，降解效率会趋于一个一定的值。五．实验数据记录：1.加入甲基蓝溶液5.00mL、草酸溶液12.00mL、K3[Fe(C2O4)3]·3H2O溶液2.50ml的混合溶液吸光度随光降解时间的变化时间/min0153045吸光度0.8600.6800.5800.488转化率×100%020.9332.5643.262.加入甲基蓝溶液5.00mL、草酸溶液12.00mL、K3[Fe(C2O4)3]·3H2O溶液5.00ml的混合溶液吸光度随光降解时间的变化时间/min0153045吸光度0.8270.6400.4930.390转化率×100%022.6140.3952.843.加入甲基蓝溶液5.00mL、草酸溶液12.00mL、K3[Fe(C2O4)3]·3H2O溶液7.50ml的混合溶液吸光度随光降解时间的变化时间/min0153045吸光度0.8310.6140.4790.375转化率×100%026.1142.3654.874.加入甲基蓝溶液5.00mL、K3[Fe(C2O4)3]·3H2O溶液5.00ml、饱和草酸溶液2.0mL，PH=3的混合溶液吸光度随光降解时间的变化时间/min0153045吸光度0.8400.6200.4660.383转化率×100%026.1944.5254.405.加入甲基蓝溶液5.00mL、K3[Fe(C2O4)3]