光催化实验开题报告.docx

台 州 学 院本科毕业论文开题报告 题目模拟太阳光下氮掺杂板式二氧化钛催化剂光催化降解制药废水课题来源 教师科研 课题类型 实验研究型学院 生命科学学院 专业 环境工程 学号 一、选题的背景与意义二氧化钛作为一种光催化剂，由于其良好的化学稳定性和热稳定性、高效、无毒，而且成本低等特点，已成为目前最引人注目的环境净化材料，广泛应用于环境保护的各个领域．如利用TiO2的光催化性质处理含染料和农药等有机污染物的废水及含石油污染物的水体，降解水中重金属离子污染物；含纳米TiO2的光催化净化涂料对大气中的NOx 、汽车尾气中的含硫气体以及其它污染物如卤代烃、醛类、多环芳烃等都有着良好的吸收和降解效果。此外，纳米TiO2在杀菌、除臭、自清洁等方面也有着广阔的应用前景[1]。二氧化钛催化原理主要是利用其电子跃迁，在光源照射下，当吸收的光子能量大于禁带宽度时，激发电子从价带跃迁到导带产生光生电子和空穴，产生的光生电子具有氧化性质而产生对各种污染物催化效能[2]。然而TiO2 的禁带宽度较大，TiO2 的带隙只能吸收波长小于387.5nm的紫外辐射，其吸收光谱只占太阳光谱中很小的一部分，不能充分利用太阳能，当太阳光作为光源时，其催化效率并不理想[3]。 近年来，通过在二氧化钛中掺入非金属离子，如B、C、N、S、F、C1、Br和I等，来提高二氧化钛在可见光下的光催化活性受到了众多学者的广泛关注，其中氮的掺杂研究最多.早在1986年，Sato等已经发现氮的引入能够使二氧化钛产生可见光催化活性．2001年，Asahi等 J在Science上首次提出了氮掺杂取代二氧化钛中少量晶格氧，使二氧化钛的带隙变窄，在不降低紫外光下活性的同时，使二氧化钛具有可见光活性，这也掀起了利用非金属元素掺杂改性二氧化钛的热潮．在已研究的众多单掺杂纳米TiO2 中， N是较为有效的非金属掺杂剂。 TiO2催化活性较高，化学稳定性好，无污染，应用范围广，是目前最具开发前途的绿色环保型催化剂．但TiO2需要在紫外光的激发下才能显示催化活性，紫外线对人体有害，而可见光对人体无害，如何改性TiO2使其在可见光激发下产生催化活性一直是研究的热点 [4]。TiO2 是一种环保型多相半导体光催化剂，实践证明，对一些毒性大、生物难降解的有机污染物，用TiO2 光催化剂催化生成的光生强氧化剂，在常温、常压下就可以彻底氧化为H2O、CO2：等小分子，光催化技术不仅能够处理多种有机污染物．而且具有很好的杀菌及抑制病毒活性的作用[5]。目前，纳米TiO2主要用于中低浓度废水处理、小空间空气净化、材料表面自清洁、重金属回收、固体废物处理等领域．与传统除污工艺相比，具有无毒、安全、稳定性好、催化活性高、见效快、能耗低、可重复使用等优点。 二氧化钛光催化技术在有机废水处理等多个领域显示出广阔的应用前景。材料的光催化活性是该技术实用化的关键之一．而材料的改性又是提高光催化活性的关键，因此材料的改性技术对TiO2 光催化技术有重要作用，提高TiO2 光催化的活性研究将成为国内外学者的研究热点。研究重点将集中在利用廉价的工业原料开发低成本高效的TiO2 光催化材料上。二、研究的基本内容与拟解决的主要问题（一）基本内容本实验主要围绕光电催化剂的制备和使用的光电催化剂的处理效果以及各种影响因素进行研究。首先是非金属组分的筛选，使其能够负载在TiO2上提高其利用太阳光的能力。然后是阳极氧化法制备条件的选择，通过各种影响因素分析的技术上探索出最佳操作条件。通过进行光电催化模拟制药废水污水试验，找出最优的催化剂并探索出适合的光电条件，找出光照条件对污水处理效果的影响，并对光催化剂的稳定性进行研究，确定其稳定性。最终找出最适合的污水处理条件。（二）拟解决的主要问题1. 利用光催化这种高级氧化技术来处理一些污染物浓度大，难以生物降解的制药废水。2. 不同掺杂物、不同掺杂浓度对二氧化钛纳米管阵列光催化降解模拟制药废水的影响。3. 不同条件对催化剂光催化降解模拟制药废水废水的影响。三、研究的方法与技术路线（一）研究方法1. 调控制备工艺，提高阳极氧化法制备二氧化钛纳米管阵列的效率。2. 通过控制氮源浓度的不同来调控其光催化效果。技术路线查找资料确定技术路线 掺杂氮，寻找最佳掺杂浓度加入盐，氯化钠、氯化钾为变量研究盐对实验的影响以PH为变量研究最适PH以煅烧温度为变量研究最适煅烧温度以初始浓度为变量研究最适初始浓度四、研究的总体安排与进度2012.9.5~2012.9.30：选题，实验前期准备。2012.10.1~2012.10.15 ：完成开题报告。2012.10.20~2012.11.30：完成实验。2012.12.1~2012.12.31 ：完成数据的统计分析，完成英文翻译和综述。2013.1.3~2013.1.