開(kāi)題報(bào)告 - 副本

摻雜改性納米TiO2的水熱制備及對(duì)有機(jī)廢水的光降解研究

報(bào)告人：---指導(dǎo)老師：-----（--=）----年0-月--日--級(jí)研究生開(kāi)題報(bào)告報(bào)告內(nèi)容選題背景和意義1國(guó)內(nèi)外研究狀況及發(fā)展趨勢(shì)2研究?jī)?nèi)容、方法及創(chuàng)新點(diǎn)3研究進(jìn)度及安排4參考文獻(xiàn)52一、選題的背景和意義隨著工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，我們?nèi)祟?lèi)的生存環(huán)境日益惡化。解決當(dāng)前日益嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題是我國(guó)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和提高人民生活質(zhì)量的重要前提。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，納米技術(shù)獲得了高速發(fā)展，其中納米光催化技術(shù)作為一種可以直接利用太陽(yáng)光的理想環(huán)境污染治理技術(shù)，受到了人們的普遍關(guān)注。3一、選題的背景和意義TiO2UVLight氧化反應(yīng)價(jià)帶導(dǎo)帶電子空穴能隙還原反應(yīng)H2O→OH?O2→O2?納米TiO2光催化劑是一種具有高穩(wěn)定性，優(yōu)介電性和光催化性的半導(dǎo)體材料，且價(jià)廉無(wú)毒，是當(dāng)前最具應(yīng)用潛力的一種光催化劑。二氧化鈦光催化原理4降解有機(jī)污染物(環(huán)境)TiO2特性光誘導(dǎo)超親水性(自清潔)光解水制氫(能源)一、選題的背景和意義5一、選題的背景和意義溶膠-凝膠法水解法沉淀法水熱法噴霧法粒子純度高分散性好晶形好且可控制生產(chǎn)成本低工藝簡(jiǎn)單TiO2常用的化學(xué)制備方法：水熱法是利用高溫高壓的水溶液使大氣條件下不溶或難溶的物質(zhì)溶解，或反應(yīng)生成該物質(zhì)的溶解產(chǎn)物，通過(guò)控制高壓釜內(nèi)溶液的溫差使產(chǎn)生對(duì)流以形成過(guò)飽和狀態(tài)而析出生長(zhǎng)晶體的方法。6一、選題的背景和意義離子摻雜復(fù)合半導(dǎo)體染料光敏化離子摻雜在晶格中引入新電荷，形成缺陷或改變晶格類(lèi)型，或者改變TiO2的能帶結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致光催化活性的改變。復(fù)合半導(dǎo)體有利于不同能級(jí)之間光生載流子的輸送和分離，提高了電荷分離效果，擴(kuò)展其光譜響應(yīng)范圍，使吸收波長(zhǎng)紅移，提高太陽(yáng)光的利用率。二氧化鈦的改性貴金屬沉積7具光催化性，穩(wěn)定無(wú)毒提高光催化活性節(jié)能環(huán)保高純分散，有可控性TiO2摻雜光降解水熱法用水熱法一步合成具有可控性的高純環(huán)保型高活性光催化劑無(wú)疑是納米材料研究領(lǐng)域的一項(xiàng)重要成果。一、選題的背景和意義選題意義：有利于人們更加透徹的了解和認(rèn)識(shí)二氧化鈦光催化劑的特性；為納米二氧化鈦光催化劑的合成研究方向提供新的制備途徑；使二氧化鈦在實(shí)際環(huán)境保護(hù)應(yīng)用中存在的問(wèn)題得到解決；為建立可持續(xù)發(fā)展、環(huán)境友好型、能源節(jié)約型社會(huì)作出貢獻(xiàn)。8二、國(guó)內(nèi)外研究狀況及發(fā)展趨勢(shì)光催化技術(shù)在消除環(huán)境污染物方面的首創(chuàng)性工作開(kāi)創(chuàng)光催化研究的新紀(jì)元用光催化劑處理污水拉開(kāi)了序幕光催化的研究已相當(dāng)活躍19721976197790年代

A.Fujishima和K.Honda首先報(bào)導(dǎo)了在光照射下TiO2電極可發(fā)生光分解水并產(chǎn)生H2的現(xiàn)象。

Carey發(fā)現(xiàn)在紫外光照射下水中的有機(jī)污染物聯(lián)苯和氧化聯(lián)苯能夠被光催化氧化分解。

S.N.Frank和A.J.Barden首次報(bào)道了用氙燈作光源，用多種催化劑對(duì)CN-和SO32-進(jìn)行光解的研究，發(fā)現(xiàn)TiO2，ZnO，CdS，F(xiàn)e2O3能有效催化CN-和SO32-。各國(guó)學(xué)者和科學(xué)家們紛紛投入光催化的研究，并取得很多研究成果。半導(dǎo)體光催化發(fā)展歷程9二、國(guó)內(nèi)外研究狀況及發(fā)展趨勢(shì)今天研制具有高量子效率,且能被占太陽(yáng)光能量中42%左右的可見(jiàn)光激發(fā)的TiO2光催化材料已成為國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。世界各國(guó)的學(xué)者對(duì)光催化材料進(jìn)行了表面修飾、摻雜（金屬離子摻雜，非金屬離子摻雜，共摻雜等）、復(fù)合（半導(dǎo)體-半導(dǎo)體復(fù)合，半導(dǎo)體-絕緣體復(fù)合）等研究工作,取得了較大進(jìn)展。10二、國(guó)內(nèi)外研究狀況及發(fā)展趨勢(shì)另一方面，近年來(lái)各種具有特殊結(jié)構(gòu)和形貌的納米材料引起了國(guó)內(nèi)外廣泛關(guān)注,其中之一是空心微球型納米結(jié)構(gòu)材料。其具有低密度、高比表面的特性,且空心部分可容納大量的客體分子或大尺寸的客體,產(chǎn)生一些奇特的基于微觀“包裹”效應(yīng)的性質(zhì),使之在醫(yī)藥、生化和化工等諸多領(lǐng)域都有重要作用。11二、國(guó)內(nèi)外研究狀況及發(fā)展趨勢(shì)此外，磁分離技術(shù)應(yīng)用于懸浮光催化體系可以有效的解決固液分離這一難題，回收及回收后的再生十分方便簡(jiǎn)單，因此也有較好的應(yīng)用前景，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的可能性也更大，而逐漸被越來(lái)越多學(xué)者關(guān)注。12約4%，最高不超過(guò)10%，難以處理量大且濃度高的工業(yè)廢氣和廢水。只能吸收利用太陽(yáng)光中的紫外線部分，不能充分利用太陽(yáng)光的可見(jiàn)光部分。難在不同材料表面均勻，牢固負(fù)載，又保持高催化活性，不易分離再生。太陽(yáng)能利用率低光催化的負(fù)載技術(shù)量子產(chǎn)率低二、國(guó)內(nèi)外研究狀況及發(fā)展趨勢(shì)半導(dǎo)體光催化的幾個(gè)關(guān)鍵科技難題總之，通過(guò)TiO2的改性更有效地利用太陽(yáng)光,降低光生載流子的復(fù)合機(jī)率,以及如何改善催化劑易失活、難回收等問(wèn)題,將仍是今后的研究趨勢(shì)。13三、研究?jī)?nèi)容、方法及創(chuàng)新點(diǎn)

水熱制備N(xiāo)i摻雜的納米TiO2光催化劑SnO2/TiO2復(fù)合體空心球的水熱制備磁性Fe3O4/TiO2空心球的水熱制備針對(duì)國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，本課題的研究?jī)?nèi)容確定如下：以FeCl3·6H2O和六氟鈦酸銨為前驅(qū)體，在水熱條件下制備出易分離回收的磁性Fe3O4/TiO2空心球粉體，并對(duì)其對(duì)形貌、晶相及光催化活性進(jìn)行研究。以TBOT為鈦源，水熱制備過(guò)渡金屬Ni離子摻雜的二氧化鈦光催化劑，研究不同離子摻雜濃度對(duì)其晶相、形貌、表面積、孔體積及其光催化活性的影響。水熱法制備SnO2/TiO2復(fù)合體空心結(jié)構(gòu)，研究摻雜濃度以及煅燒溫度對(duì)空心結(jié)構(gòu)的形貌、晶相及光催化活性的影響。14三、研究?jī)?nèi)容、方法及創(chuàng)新點(diǎn)

樣品表面形貌晶粒尺寸、晶相紫外-可見(jiàn)區(qū)吸收特性樣品的表面元素成分SEM，F(xiàn)ESEMTEM，XRDUV-visXPS主要研究方法（表征手段）：15三、研究?jī)?nèi)容、方法及創(chuàng)新點(diǎn)

自主工藝水熱合成Ni摻雜的納米TiO2催化劑，并研究了摻雜濃度對(duì)晶型的影響。通過(guò)對(duì)催化劑的改性使其激發(fā)光波長(zhǎng)范圍移至可見(jiàn)光區(qū)域，以充分利用太陽(yáng)能。制備磁性高催化活性空心球半導(dǎo)體材料，低密度高活性的空心球結(jié)構(gòu)新型光催化劑更適于液相有機(jī)污染物的降解的應(yīng)用，并為催化劑分離回收開(kāi)辟新的途徑。新的水熱工藝制備了納米SnO2/TiO2復(fù)合半導(dǎo)體空心球，通過(guò)納米結(jié)構(gòu)調(diào)控和晶相結(jié)構(gòu)調(diào)控，實(shí)現(xiàn)具有高吸光性能，高載流子形成效率以及具有高效電荷分離與遷移性能的新型光催化材料。創(chuàng)新點(diǎn)16四、研究進(jìn)度及安排

174.1第一實(shí)驗(yàn)體系第一體系：Ni摻雜高活性納米TiO2光催化劑的水熱制備。184.2第二、第三實(shí)驗(yàn)體系第二體系：SnO2/TiO2復(fù)合體空心球的水熱制備。第三體系：擬以FeCl3·6H2O和六氟鈦酸銨為前驅(qū)體，在水熱條件下制備出易分離回收的磁性Fe3O4/TiO2空心球粉體。

19五、參考文獻(xiàn)專著：1.張立德，牟季美：納米材料和納米結(jié)構(gòu)，2002，科學(xué)出版社.2.吳越：催化化學(xué)，1998，科學(xué)出版社.3.沈鐘，王果庭：膠體與表面化學(xué)，1997，化學(xué)工業(yè)出版社.4.高正中：實(shí)用催化，1996，化學(xué)工業(yè)出版社.5.高濂，鄭珊，張青紅：納米氧化鈦光催化材料及應(yīng)用，2002，化學(xué)工業(yè)出版社.6.劉守新，劉鴻：光催化及光電催化基礎(chǔ)與應(yīng)用，2005，化學(xué)工業(yè)出版社.期刊：1.吳鳳清，阮圣平，李曉平．納米Ti0的制備、表征及光催化性能的研究[J]．功能材料，2001，32(1)：69-71．2.裴愛(ài)華，楊桂生，沈征武，模板法制備無(wú)機(jī)氧化物中空微球的研究進(jìn)展[J]，高分子通報(bào)，2005，2，1-7.3.梅長(zhǎng)松，鐘順和.復(fù)合半導(dǎo)體負(fù)載金屬材料光催化性能研究[J].無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào)，2005，21(12):1809一191.4.王艷芹，張莉，程虎民．摻入過(guò)渡金屬離子的Ti0復(fù)合納米粒子光催化劑一羅丹明B的光催化降解[J]．高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報(bào)，2000，21(6)：958-960．5.張萬(wàn)忠,喬學(xué)亮,邱小林等.納米二氧化鈦的光催化機(jī)理及其在有機(jī)廢水處理中的應(yīng)用[J].人工晶體學(xué)報(bào),2006,35(5):1026-1030.6.方世杰，徐明霞，黃衛(wèi)友.納米TiO2光催化降解甲基橙[J].硅酸鹽學(xué)報(bào)，2001,29(8)：439-442.20五、參考文獻(xiàn)7.FujishimaA,RaoTN,TrykDA.Titaniumdioxidephotoctalysis[J].JPhotochemPhotobiolC-PhotochemRev,2000,1(1):1-21.8.CarpO,HuismanCL,RellerA.Photoinducedreactivityoftitaniumdioxide[J].ProgSolidStateChem,2004,32(1-2):33-177.9.TraceySM,HodgsonSNB,RayAK.Sol-GelderivedTiO2/Leadphthalocyaninephotovoltaiccells[J].JournalofSol-GelScienceandTechnology,1998,13:219.10.MalatoRS,BlancoGJ,ManuelIMR.TreatmentofchlorinatedsolventsbyTiO2photocatalysisandphoto-Fenton:Influenceofoperatingconditionsinasolarpilotplant[J].Chemosphere,2005,58:391-398.11.DavidF,Ollis.Photocatalyticpurificationandremediationofcontaminatedairandwater[J].SurfaceChemistryandCatalytics,2000,3(6):405-411.12.CelikE,YildizAY,AkAzemNF,etal.PreparationandcharacterizationofFe2O3-TiO2thinfilmsonglasssubstrateforphotocata-lyticapplications[J].MaterSciEngB,2006,129:193-199.13.KimS,HwangSJ,ChoiW.Visiblelightactiveplatinum-ion-dopedTiO2photocatalyst[J].J.Phys.Chem.B,2005,109:24260-24267.14.MohamedMM.Effectofceria-dopedtitaniaonthestructureandacidicpropertiesofMoO3/TiO2catalysts[J].ApplCatalA:General,2004,267:135-142.15.J.G.Yu,W.LiuandH.G.Yu,AOne-PotApproachtoHierarchicallyNanoporousTitaniaHollowMicrosphereswithHighPhotocatalyticActivity[J],CrystalGrowthandDesign,2008,3(8):930-934.21五、參考文獻(xiàn)16.Y.W.Zhang,J.Zhang,P.Q.Wang,etal.,AnataseTiO2hollowspheresembeddedTiO2nanocrystallinephotoanodefordye-sensitizedsolarcells[J],MaterialsChemistryandPhysics123(2010)595–600.17.J.Li,H.C.Zeng,HollowingSn-DopedTiO2NanospheresviaOstwaldRipening[J],J.AM.CHEM.SOC.2007,129,15839-15847.18.G.H.Wang,HydrothermalsynthesisandphotocatalyticactivityofnanocrystallineTiO2powdersinethanol–watermixedsolutions[J],JournalofMolecularCatalysisA:Chemical2007,274:185–191.19.D.J.Yang,H.W.Liu,J.C.Zhao,etal.,AnEfficientPhotocatalystStructure:TiO2(B)NanofiberswithaShellofAnataseNanocrystals[J],JournaloftheAmericanChemicalSociety,2009,131,17885–17893.20.L.G.Devi,B.N.Murthy,S.G.Kumar,PhotocatalyticactivityofV5+,Mo6+andTh4+dopedpolycrystallineTiO2forthedegradationofchlorpyrifosunderUV/solarlight[J],JournalofMolecularCatalysisA:Chemical,2009,308:174-181.21.L.Z.Wang,F.Q.Tang,KiyoshiOzawa,etal.,AGeneralSingle-SourceRouteforthePreparationofHollowNanoporousMetalOx