理工論文-開(kāi)題報(bào)告

畢業(yè)論文開(kāi)題報(bào)告（理工類(lèi)）設(shè)計(jì)題目Fe3O4-PAMAM-TiO2-CdS核-殼-殼結(jié)構(gòu)納米顆粒制備與表征學(xué)生姓名王允學(xué)號(hào)1111112008專(zhuān)業(yè)材料化學(xué)一、課題的目的與意義：隨著現(xiàn)在工業(yè)的迅猛發(fā)展，越來(lái)越多的廢水廢氣隨之產(chǎn)生，給我們賴(lài)以生存的環(huán)境帶來(lái)了很大的壓力。傳統(tǒng)的廢水處理三部曲生物法、物理法和化學(xué)法雖能降解廢水中的一些污染物，但是這三種處理方法均具有自身局限性且很難有效地去除水中濃度較低且微生物難以降解的一些有機(jī)污染物。隨著研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體光催化劑不僅可以廣泛的氧化、降解各類(lèi)有機(jī)物并使之礦化生成二氧化碳和水等無(wú)機(jī)小分子，而且所使用的光催化劑具有廉價(jià)無(wú)毒及高效穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，符合國(guó)家提倡的低碳節(jié)能等環(huán)保要求。因此，光催化技術(shù)在水污染處理等環(huán)境污染治理方面擁有廣泛的應(yīng)用前景，特別是近年來(lái)，基于以二氧化鈦、硫化鎘、氧化鋅等為基礎(chǔ)的光催化劑已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于徹底降解受污染的廢水和空氣中的有機(jī)污染物。光催化性能是納米半導(dǎo)體材料的獨(dú)特優(yōu)越性能之一。納米半導(dǎo)體材料在光照射下，把光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，促進(jìn)物質(zhì)的再次合成或使化合物降解為無(wú)污染的小分子。迄今為止，光催化機(jī)理及應(yīng)用研究已經(jīng)從最初的光催化分解水制氫拓展到燃料敏化太陽(yáng)能電池、固氮固碳、光催化處理污水以及光催化凈化環(huán)境材料等多個(gè)領(lǐng)域，經(jīng)歷了不同的發(fā)展階段。目前，應(yīng)用光催化技術(shù)的領(lǐng)域非常廣泛，包括：(1)所涉及光化學(xué)反應(yīng)的研究；(2)環(huán)境方面，如光催化環(huán)境凈化材料、固氮固碳、空氣凈化和難以降解污染物的消減等；(3)能源方面，如光催化固氮固碳、光催化分解水制氫和光伏器件等；(4)光療技術(shù)；(5)病毒的破壞和抑菌等領(lǐng)域。二、近幾年來(lái)研究現(xiàn)狀：為了提高TiO2的光催化效率，國(guó)內(nèi)外學(xué)者們做了大量的科學(xué)研究工作。浙江大學(xué)陳金媛等以納米磁性Fe3O4為載體，以鈦酸丁酯(TBOT)為前軀體，采用溶膠-凝膠法在磁性Fe3O4表面包覆TiO2，制備出了一種新型納米TiO2/Fe3O4光催化復(fù)合材料。采用XRD、TEM等多種表征手段對(duì)復(fù)合材料形貌和微結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析表征：納米TiO2以粒徑范圍在35～50nm的小顆粒形式生長(zhǎng)在Fe3O4表面；對(duì)染料廢水光催化降解的模擬研究表明，該復(fù)合材料對(duì)活性艷紅染料的脫色率達(dá)100％。西北工業(yè)大學(xué)辛鐵軍等利用溶劑熱法制備了單分散Fe3O4納米粒子，以鈦酸四丁酯(TBOT)為前驅(qū)體，采用溶膠-凝膠與溶劑熱兩步法制備了3種不同形貌的磁性核殼TiO2/Fe3O4納米材料。然后通過(guò)掃描電鏡（SEM）、透射電鏡（TEM）、X射線衍射儀（XRD）、熱重分析（TGA）、震動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)（VSM）等對(duì)材料的形貌、結(jié)構(gòu)、磁學(xué)性能等進(jìn)行表征。結(jié)果表明，TiO2在Fe3O4顆粒表面形成很好的包覆層，產(chǎn)物單分散性好、結(jié)晶性高、形態(tài)穩(wěn)定、磁性能優(yōu)良，為其在環(huán)境凈化、生物、醫(yī)學(xué)、能源轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)等領(lǐng)域的潛在應(yīng)用提供了有利條件。中國(guó)醫(yī)科大學(xué)藥物分析教研室丁婭等制備了一種具有核-殼結(jié)構(gòu)的Fe3O4-TiO2磁性納米粒，并研究其光催化性質(zhì)。在表面活性劑存在的條件下，采用金屬鹽共沉淀法制備氧化鐵納米粒，并在其表面包覆二氧化鈦外層，形成具有殼-核結(jié)構(gòu)的磁性納米粒子。利用透射電鏡和掃描電鏡技術(shù)對(duì)其形貌進(jìn)行表征，以羅丹明B作為模型分子對(duì)其光催化性質(zhì)進(jìn)行研究。制得的Fe3O4-TiO2納米粒在常溫下具有磁性，可從溶液中通過(guò)永久磁鐵對(duì)富集于納米粒的有機(jī)分子或藥物進(jìn)行簡(jiǎn)單而有效的分離，并且對(duì)羅丹明B分子具有良好的光催化作用，有望作為有機(jī)分子或藥物富集、分離和光降解的納米材料。天津大學(xué)運(yùn)用化學(xué)沉淀法制備CdS/TiO2復(fù)合納米粒子，在60℃恒溫水浴和磁力攪拌下，在酸性條件下制備CdS納米粒子然后調(diào)節(jié)pH值，在堿性條件下在CdS表面包一層TiO2納米粒子，然后在紫外光的照射下運(yùn)用CdS/TiO2復(fù)合納米粒子對(duì)羅丹明B進(jìn)行光催化降解，以CdS納米粒子和TiO2納米粒子為對(duì)照組的情況下測(cè)試不同復(fù)合比的CdS/TiO2復(fù)合納米粒子在對(duì)羅丹明B的光催化降解效率，實(shí)驗(yàn)證明CdS的加入可有效提高催化劑在可見(jiàn)光領(lǐng)域的光催化活性。2002年澳大利亞UVSW大學(xué)首次提出了納米TiO2直接包覆于磁核表面的假設(shè)，在酸性條件下進(jìn)行醇鈦鹽的水解和冷凝，低溫合成晶體TiO2，使無(wú)定形的TiO2轉(zhuǎn)變到光活化相，這種粒子不僅具有光活性，而且很容易在外磁場(chǎng)中得到分離。此外，DoniaBeydoun和RoseAmal還研究了熱處理對(duì)磁性TiO2/Fe3O4光催化劑的影響，在高溫下對(duì)制備的粒子熱處理，使得無(wú)定形TiO2變成具有光催化性能的晶體相，使其具備更高的催化活性和耐熱性。低溫液相合成方法的方法有很多優(yōu)點(diǎn)，例如低溫液相合成法不用高溫煅燒可以節(jié)省很多燃料，在液相中不會(huì)產(chǎn)生廢氣，合成的產(chǎn)品可以直接使用不用再次加工。另外我們還加入了樹(shù)形分子做模板是納米粒子分散的更加均勻，可以很好地防止納米粒子的凝聚作用。三、設(shè)計(jì)方案的可行性分析和預(yù)期目標(biāo)：(1)以PAMAM樹(shù)形分子為模板的基礎(chǔ)上，在Fe3O4核外延生長(zhǎng)一層TiO2殼然后在TiO2表面再包一層CdS以提高其在可見(jiàn)光范圍內(nèi)的光催化活性，要求粒子粒徑在納米尺度，粒徑分布均勻，能很好的分散在載液中，而且有較好的磁性能(2)研究影響粒子粒徑的主要因素：Fe與PAMAM的比、鐵/鈦摩爾比值、鈦/鎘摩爾比值、溫度、pH值、攪拌方式等進(jìn)行討論，確定最佳制備條件(3)通過(guò)紫外-可見(jiàn)光性能測(cè)試（UV-vis）紅外光譜（IR）、X射線衍射（XRD）、透射電子顯微鏡（TEM）、Zeta電位和磁性能測(cè)試對(duì)所制備的光催化劑內(nèi)部形貌、微觀結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行分析和表征。四、所需要的儀器設(shè)備、材料：材料：FeSO4·7H2O、FeCl3·6H2O、TiCl4、Cd(Ac)2、Na2S、硫酸、濃鹽酸、鈦酸丁酯、無(wú)水乙醇、PAMAM、二次蒸餾水設(shè)備儀器：PH計(jì)、超聲波清洗儀、離心清洗機(jī)、機(jī)械攪拌器、恒溫水浴鍋、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀、電子天平、真空烘箱、冷凍干燥機(jī)、Zeta電位分析儀、傅里葉紅外光譜儀、透射電子顯微鏡、X射線衍射儀、紫外分光光度計(jì)、球磨機(jī)。五、課題分階段進(jìn)度計(jì)劃：序號(hào)起止日期工作內(nèi)容階段成果11-2周查看國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)，了解目前研究現(xiàn)狀，外文翻譯完成開(kāi)題報(bào)告，制作開(kāi)題報(bào)告ppt23周著手開(kāi)始寫(xiě)綜述與開(kāi)題報(bào)告3