【国家标准(GB)】 光催化材料水溶液体系净化测试方法

ICS 71.060.01
中华人民共和国国家标准
GB/T23762—2009
光催化材料水溶液体系净化测试方法Test method of photocatalytic materials for purification ofwater solution
2009-05-13发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会
2010-01-01实施
本标准由中国石油和化学工业协会提出本标准由全国化学标准化技术委员会无机化工分会（SAC/TC63/SC1)归口。本标准负责起草单位：中国科学院理化技术研究所。GB/T23762—2009
本标准参加起草单位：清华大学、中国科学院广州能源研究所、攀钢集团攀枝花钢铁研究院、北京英特雅光高技术有限公司。
本标准主要起草人：朱永法、宗瑞隆、李新军、何明兴。本标准为首次发布。
1范围
光催化材料水溶液体系净化测试方法GB/T23762—2009
本标准规定了水溶液净化用光催化材料的定义、原理、安全提示、一般规定、试剂、仪器、设备、测试基本条件、分析步骤、结果计算和试验报告。本标准适用于在各种液相环境中使用的具有水溶液净化能力的光催化材料的光催化性能测试。本标准方法适用于测试粉体光催化剂，薄膜状和块状光催化剂，颗粒状光催化剂和网孔状光催化剂。
本标准不适用于气相中使用的光催化净化材料的测试。2规范性引用文件
下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。GB/T6682—2008分析实验室用水规格和试验方法（ISO3696：1987，MOD）3术语和定义
下列术语和定义适用于本标准。3.1
光催化水净化材料photocatalyticmaterialsforwaterpurification用于水溶液体系净化的光催化剂，可以是纯品光催化剂或负载在固定载体上的光催化剂。3.2
光催化剂photocatalyst
在一定光源激发下，能够产生光催化作用的材料。3.3
去除量removalamount
一定量的光催化材料在一定时间内去除污染物的量，用μg/(min·g)或μg/(min·cm）表示。3.4
去除率removalratio
反应结束时，污染物的去除量与其初始量之比，数值以百分数表示。3.5
光催化降解量degradationamountbyphotocatalysis光照条件下的去除量与无光照的去除量之差，用μg/(min·g)或μg/(min·cm）表示。3.6
光催化降解率degradationratiobyphotocatalysis污染物在光催化后的降解量与去除量之比，数值以百分数表示。3.7
光催化水净化材料稳定性stabilityofphotocatalyticmaterialsforwatersolutionpurification光催化材料经连续一段时间的光催化净化作用后，仍保持降解能力的性能。以连续光催化净化后测得的光催化降解量与第一次试验时测得的光催化剂降解量的比值表示，数值以百分数表示。1
GB/T23762—2009
4原理
在液相光催化反应器中，通过特定波长的紫外光线的辐照，分散或固定在溶液里的光催化剂吸收光线，激发产生空穴和电子，并迁移到光催化剂的表面与溶液中的反应物探针分子发生反应，把探针分子降解为其他物质。通过对溶液中的探针分子浓度随光催化反应时间变化分布的测定，可以对光催化剂的催化氧化降解性能进行测试。5安全提示
本试验方法中使用的紫外光源对于人眼及皮肤具有伤睿，操作者须小心递慎！注意反应器须密闭，当光源打开时不要用眼睛直接观察。6一般规定
本标推所用的试剂和水，在没有注明其他要求时，均指分析纯试剂和GB/T6682一-2008中规定的三级水。
7试剂
7.1亚甲基蓝；
7.2亚甲基蓝溶液：10mg/L，每次配置2L。8仪器、设备
8.1紫外-可见分光光度计
双光束紫外可见分光光度计，扫描波长范围为220nm～800nm，配置有1cm的石英比色皿，仪器的测量精度应优于1%。
8.2光照度计
8.2.1紫外光照度计：测定波长为254nm或365nm，量程范围为0.1μW/cm2~20mW/cm2，测量精度优于2%。
8.2.2可见光光照度计：测定波长范围为400nm～800nm，量程范围为1mW/cm～100mW/cm，测量精度优于2%。
8.3光源
8.3.1254nm无臭氧紫外光源，光源的主波长为254nm的H型紫外灯管，紫外灯的功率不高于11W。
8.3.2365nm无臭氧紫外光源，光源的主波长为365nm的H型紫外灯管，紫外灯的功率不高于11W。
8.3.3可见光光源，采用300W功率以上氙灯，采用420nm的截止滤光片屏藏掉紫外线部分。8.4反应器
反应器所采用的材料应该对反应溶液中的亚甲基蓝没有明显的吸附作用，并且本身具有的有机物释放性能很低。推荐使用的反应器材料有：玻璃，不锈钢，聚乙烯，聚丙烯等。8.4.1悬浮型光催化材料测试反应器本反应器适合颗粒度小于1mm的粉体光催化剂的活性测试。如图1所示，反应器直径为80mm，高度为100mm，总容积为500mL。粉体催化剂和溶液直接放入反应器中搅择混合均匀。对于250mL的反应液，其液面高度约为50mm。采用聚四氟乙烯包双的磁子进行搅拌，搅拌速度控制到使溶液能充分流动起来。
8.4.2颗粒型和薄膜型光催化反应器GB/T23762-—2009
本反应器适合颗粒度大小在1mm以上的颗粒状光催化剂以及薄膜状、片状和网孔膜状光催化剂的活性测试。要求该类催化材料铺成一定的形状和面积，并对等同光照面积进行活性的测试。薄膜和片状样品可以取样成一定的形状，最好是50mmX50mm的方型。颗粒状样品可以铺在不锈钢丝网组成的一定形状中，要求铺满单层。反应器如图2所示，在反应器中放置一个不锈钢架子（60mm×60mm×15mm），架子中间是空的，其上固定不锈钢丝网框孔径为0.425mm（40目）。固体样品均可以直接放置在不锈钢丝网框上，丝网框离反应器底面的距离为15mm，这样可以方便磁子的搅拌以及液体的流动。
石英盖子或溶波片
玻璃反应器
液体高度
粉末水体系
抗择子
磁力积摔器
粉体光催化材料的液相反应测试装置图
石英盆子或溶波片
玻聘反应器
液面高度
髓化反应床
投择子
磁力扰摔器
图2大题粒、薄膜、薄片以及网状结构光催化材斜的液相测试装暨9测试基本条件
9.1测试温度
室温。
9.2污染物及其起始浓度
亚甲基蓝溶液的起始浓度为10mg/L。3
GB/T23762-2009
9.3光催化反应的光源
9.3.1使用紫外灯
采用H型管状紫外灯，功率8W～11W，主波长254nm，灯数1。采用H型管状紫外灯，功率8W～11W，主波长365nm，灯数1盏。9.3.2使用可见光灯
采用氙灯，功率300W~500W，主波长400nm～760nm，灯数1盏。需要用420nm以上的截止滤光片过滤420nm以下波长的紫外线。9.4照度
对于紫外光活性测试，用紫外光照度计测量在样品表面的紫外光的光照强度为1.5mW/cm2土0.05mW/cm2，对于可见光活性测试，用可见光照度计测量在样品表面的可见光的光照强度为30mW/cm±0.1mW/cm。
9.5样品大小
9.5.1粉体样品
粒度小于1mm以下的样品划分为粉体样品，样品按质量进行计算。9.5.2大颗粒状样品
粒度在1mm以上的负载样品称为大颗粒样品，样品按体积进行计算。9.5.3薄膜或大片状样品
具有二维大小的样品，长70mm士1mm，宽30mm士1mm，厚不大于10mm。样品按面积进行计算。
9.6样品预处理
样品预处理尽量在测试前进行，处理好后应立即进行测试。如果不能立即进行测试，样品必须保持在干净的、无污染性气体的气密性的容器中。在样品测试前，样品应该置于紫外灯下光照8h以上（要求到达样品表面的紫外光的光照强度达到2mW/cm2），确保其表面吸附的有机物质能被彻底分解。10分析步骤
10.1工作曲线的绘制
称取--定量的亚甲基蓝，配制成浓度分别为1mg/L、2mg/L、4mg/L、6mg/L、8mg/L、10mg/L、12mg/L的25mL水溶液。在紫外可见分光光度计上，于664nm处，使用1cm比色皿，以水调零测量上述溶液的吸光度。以亚甲基蓝溶液的浓度(mg/L)为横坐标，对应的吸光度为纵坐标绘制工作曲线。10.2光化学降解空白的测定
在光催化反应器中，加人250mL刚配置好的浓度为10mg/L亚甲基蓝溶液。在不加催化剂的条件下，采用磁力搅拌器搅拌反应器内的溶液。开启紫外灯（在样品表面处的光照强度为1.5mW/cm），在光照120min后，在紫外可见分光光度计上，于664nm处，使用1cm比色皿，以水调零测量溶液的吸光度值。从工作曲线上中查得亚甲基蓝溶液的光化学降解后的浓度βp。10.3暗反应空白的测定
10.3.1粉体光催化剂暗反应空白曲线的测定在悬浮型光催化反应器中，加人250mL刚配制好的浓度为10mg/L亚甲基蓝溶液。在磁力搅拌的条件下，把100mg粉体光催化剂加人到反应溶液中。搅拌120min后，取2mL溶液，经3000rpm离心分离5min，在紫外可见分光光度计上，于664nm处，使用1cm比色血，以水调零测量上清液的吸光度值。从工作曲线上中查得亚甲基蓝溶液经暗反应后的浓度Pa。10.3.2大颗粒光催化剂暗反应空白的测定首先把光催化剂平铺在催化反应床上，保证其覆盖面积不小于9.0cm2。把催化反应床安装在薄4
GB/T 23762-2009
膜型光催化反应器中，加入250mL刚配置好的浓度为10mg/L亚甲基蓝水溶液。在磁力搅拌溶液的条件下，平衡120min，取2mL溶液，经3000rpm离心分离5min，在紫外可见分光光度计上，于664nm处，使用1cm比色血，以水调零测量上清液的吸光度值。从工作曲线上中查得亚甲基蓝溶液经暗反应后的浓度pa。
10.4光催化降解活性的测定
10.4.1粉体光催化剂的光催化降解活性的测定在悬浮型光催化反应器中，加入250mL刚配制好的浓度为10mg/L亚甲基蓝溶液。在磁力搅拌下，把100mg粉体光催化剂加人到反应溶液中。搅拌分散后，开启紫外灯（在样品表面处的光照强度为1.5mW/cm2），经反应120min，取2mL溶液，经3000rpm离心分离5min，在紫外可见分光光度计上，于664nm处，使用1cm比色皿，以水调零测量上清液的吸光度值。从工作曲线上中查得亚甲基蓝溶液经光催化降解后的浓度Pe。10.4.2大颗粒和薄膜光催化剂的光催化降解活性的测定首先把光催化剂平铺在催化反应床上，保证其覆盖面积不小于9.0cm2。把催化反应床安装在薄膜型光催化反应器中，加入250mL刚配置好的浓度为10mg/L亚甲基蓝溶液。首先在搅拌的条件下，开启紫外灯（在样品表面处的光照强度为1.5mW/cm），经反应120min后，取2mL溶液，在紫外可见分光光度计上，于664nm处，使用1cm比色血，以水调零测量溶液的吸光度值。从工作曲线上中查得亚甲基蓝溶液经光催化降解后的浓度pe。10.5光催化材料稳定性试验
按上述光催化活性测试方法，将污染物浓度提高到100mg/L进行试验，持续反应48h后结束，分别测量光化学降解后的浓度、暗反应后的浓度以及光催化降解后的浓度，计算光催化去除率。然后再把经反应过的催化剂重复进行一次上述测试，计算第二次实验的光催化去除率，根据两次实验的光催化去除率计算光催化材料对液相降解净化的稳定性。11结果计算
11.1亚甲基蓝光催化降解速率的计算11.1.1粉体光催化剂的亚甲基蓝光催化降解速率以Q计，数值以［μg/（min”g)表示，按式（1）计算：
Q = (es+Pa== Pe) ×V×103
式中：
%—亚甲基蓝的初始浓度的数值,单位为毫克每升(mg/L)；Pp—光化学反应120 min后的亚甲基蓝溶液的浓度的数值，单位为毫克每升(mg/L)；Pa-——暗反应120 min后的亚甲基蓝溶液的浓度的数值，单位为毫克每升(mg/L);P——光催化反应120 min后的亚甲基蓝的浓度的数值,单位为毫克每升(mg/L);V——反应液总体积的数值，单位为升(L)；t———测试时间的数值，单位为分(min)；（1）
m—催化剂试料质量的数值，单位为克(g)。11.1.2大颗粒、薄膜光催化剂的亚甲基蓝光催化降解速率以Q:计，数值以Lμg/（min·cm2）表示，按式(2)计算：
Q = (ps±Pa==P) ×× 103
式中：
%—亚甲基蓝的初始浓度的数值，单位为毫克每升(mg/L)；..
......(2)
GB/T23762—2009
Pp——光化学反应120min后的亚甲基蓝溶液的浓度的数值，单位为毫克每升(mg/L)；Pa——暗反应120 min后的亚甲基蓝溶液的浓度的数值，单位为毫克每升(mg/L)；P。—光催化反应120min后的亚甲基蓝的浓度的数值，单位为毫克每升(mg/L)；V—反应液总体积的数值，单位为升(L)；t——测试时间的数值，单位为分(min)；S——催化剂试料折合有效面积(等于催化剂床边框所限面积）的数值，单位为平方厘米（cm2）。11.2亚甲基蓝光催化去除率的计算亚甲基蓝光催化去除率为粉体催化剂100mg，大颗粒或薄膜催化剂20cm2样品，光催化降解120min时的去除率。原则上光催化剂重量或面积不等同时需要折合，可以采用线性折合。亚甲基蓝光催化去除率以P计，数值以%表示，按式(3)或式(4)计算：P = 0. 1 ×(Pe+P=% -P) × 100mxpo
式中：
m—催化剂试料的有效质量的数值，单位为克(g)。20 × (s ± Pa = Po - P) × 100P=
式中：
（3）
（4）
S一一催化剂试料折合的有效面积(等于催化剂床边框所限面积)的数值，单位为平方厘米（cm\）。11.3光催化稳定性以D计，数值用%表示，按式(5)计算：Pemd×100bzxz.net
式中：
Pelt———第一次的光催化去除率，数值以%表示；Pe2nd一—一经过48h高浓度强化实验后，第二次标准测试的光催化去除率，数值以%表示。12试验报告
试验报告应包括以下内容：
12.1试验日期、温度等；
12.2试验样品说明（材料、规格、形状等）；12.3试验装置说明；
12.4试验条件（初始反应物浓度、光源种类及个数、光照强度、使用仪器名称及型号）；12.5试验样品的光催化降解速率、去除率及稳定性；12.6备注（包括试验过程中出现的特殊现象等）。6
·（5）
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