可见光响应的纳米碘、铈共掺TiO2的制备及光催化性能的研究毕业论文开题报告.doc

2015 届本科毕业设计（论文）开题报告题 目 可见光响应的纳米碘、铈共掺TiO2的制备及光催化性能的研究 学 院 化学与材料工程学院 年 级 11级 专 业 高分子材料 班 级 Y高材11 学 号 Y09211118 姓 名 苏晓磊 校内导师 汪学英 职 称 教授 校外导师 职 称 毕业设计(论文)题目可见光响应的纳米碘、铈共掺TiO2的制备及光催化性能的研究一、课题的目的和意义：目的：染料污水处理的目的是降低污水中染料的浓度，达到回收利用的标准，从而达到染料污水处理的目。纺织印染作为我国最具优势的支柱行业，目前，随着我国印染纺织行业的迅速发展，其需水量和排放的污水量也随之增加。大量未经处理的染废水排入江河，导致河水污染、水质恶化、水体富营养化，从而引起水华、赤潮等一系列的有害的生态现象。近些年，随着社会环境保护意识的增强，染料废水的处理和净化就显得尤为重要。普通TiO2禁带较宽（Eg=3.2eV），只能对波长在387.5nm以下的紫外光产生响应。碘、铈共掺纳米TiO2提高了可吸收光的波长范围，提高了TiO2的催化效率和太阳光的利用，可在可见光及紫外光下催化降解染料，彻底清除污水中的染料。本实验通过研究不同掺杂比的碘、铈对TiO2光催化活性影响，提高TiO2光催化降解染料的效率，达到更好的使用效率和经济利益，也对环境的保护和治理做出来贡献。意义：近几年，掺杂改性纳米TiO2最为光催化剂，在污水处理领域研究已经得到广泛的重视。已有不少科学家利用不各同的非金属、稀土元素、金属氧化物对纳米TiO2催化剂进行掺杂改性，利用可见光降解染料，并且获得显著地效果。采用溶胶-凝胶法合成的掺杂改性纳米TiO2具有工艺简单、成本低廉的优势，对染料降解的速度快，降解所需的条件温和，降解染料的种类多，降解后催化剂与处理后污水分离简单，未来具有广阔的开发前景与市场。通过碘、铈共掺TiO2光催化降解BPF染料，来为染料废水降解的研究提供参考。二、课题研究的主要内容（论文提纲）： 1.引言 1.1现今染料废水的污染现状 1.2染料废水处理方案 1.2.1物理法 1.2.2化学法 1.2.3生物法 1.3纳米TiO2光催化降解染料 1.3.1纳米TiO2光催化降解染料的机理 1.3.2纳米TiO2光催化降解染料的研究现状 1.3.3影响纳米TiO2光催化活性的因素 1.4碘、铈共掺杂纳米TiO2 1.4.1稀土掺杂纳米TiO2的概况 1.4.2稀土掺杂纳米TiO2的制备 1.4.3非金属碘和稀土元素铈共掺土掺杂纳米TiO2的优势 2.实验部分 2.1仪器与试剂 2.2实验步骤 2.2.1实验准备 2.2.2碘、铈共掺杂TiO2纳米粉体的制备 2.2.3XRD表征 2.2.4红外光谱分析 2.2.5比表面积分析 2.2.6光催化降解染料 2.2.7降解率的测定3.结果与讨论3.1溶胶凝胶法制备TiO2中影响凝胶形成的因素3.2稀土元素铈的掺杂比例对催化剂降解效率的影响3.3催化剂投入量对降解率的影响3.4不同起始浓度的染料对光降解效果的影响3.5光降解时间对降解率的影响4.结论三、 文献检索及参考文献目录(列明文献检索的数据库名称及检索策略，参考文献至少15篇以上）： 参考文献：1刘兴平,蒋荣英,柳松.TiO2/Mo-TiO2的制备、表征和光催化活性.催化学J,2011,31（11）:1381-1387.2江宏富.TiO2的掺杂改性及光催化研究D.中国科技大学博士论文,2006.3欧阳荣,江立文.TiO2光催化氧化对染料降解脱色行为的研究J.能源研究与管理,2012:16-37.4仇伟,任成军,龚茂初,侯云泽,陈耀强.不同PH值制备的TiO2和TiO2/SiO2催化剂结构、表面性质及光催化活性.物理化学学报J,2011,27（6）:1487-1492.5魏自辉,黄玲,姬书亮.掺磷纳米TiO2的制备及其在染料降解中的应用J.印染助剂,2011,28(7):24-27.6孙剑飞,石照信,谷亨达,王思林,翟玉春.掺镝和钴纳米TiO2光催化剂的溶胶-凝胶法制备及其性能J.沈阳化工学院学报,2008,22(2):107-110.7李志梅,陈国树.催化氧化法处理染料废水J.南昌大学学报,2004,28(2):148-150.8耿启金,宋欣霞,任海波.光催化降解分散染料S-3BG和S-GL的动力学研究J.潍坊学院学报,2011,11(6):53-57.9胡长峰.光催化氧化在水溶性染料降解处理中的应用J.内蒙古石油化工,2008,7:19-20.10刘恋,曾庆福,杨俊.活性染料废水光催化降解影响因素研究J.武汉科技学院学报,2010,23(4):23-26.11王九思,张鹏会.金属盒非金属共掺杂TiO2催化剂光催化活性研究J.化工新型材料,2010,38(2):79-81.12谷亨达,石照信,仇兴华,孙剑飞,翟玉春.镧和钴掺杂纳米TiO2的溶胶-凝胶法制备及其光催化性能J.辽宁化工,2007,36(4):221-234.13谷亨达,石照信,张静,仇兴华,孙剑飞.镧和铁掺杂纳米TiO2的制备及其光催化性能J.应用化工,2007,36(2):136-139.14俞慧丽,赵鑫,夏志.两种方法制备纳米TiO2光催化剂的研究.精细石油化工进展,2010,11(3):34-37.15杨克莲,叶征琦,杜宗杰,陈甫华,张保龙.纳米TiO2多孔微粒阳光催化降解活性艳蓝染料J.城市环境与城市生态,2003,16(1):13-15.16刘凤艳,尚红超,苏增,郑志宏,翟鸿飞.日光光催化-好氧生物降解染料废水的研究J.安徽农业科学,2009,37（28）:13782-13784.17董素芳,赵素梅.溶胶凝胶法制备二氧化钛凝胶的影响因素分析J.科研与探讨,2005,3:10-12.18郑金来,李君文,晁福寰.生物降解常见染料的研究进展J.环境污染治理技术与设备,2000,1(3):39-43.19马明远,刘岭松,李佑稷,王小华.铁铈共掺杂TiO2纳米复合体的制备及光催化性能J.硅酸盐学报,2009,37(9):1458-1463.20徐文东,文湘华.微生物在含染料废水处理中的应用J.环境污染治理技术与设备,2000,1(2):10-16.21李玲.新型可见光响应纳米光催化剂的研制及其应用D.东华大学博士论文,2011.22马春燕.印染废水深度处理及会用技术研究D.东华大学博士论文,2007.23沈伟韧,赵文宽,贺飞,方佑龄.TiO2光催化反应及其在废水处理中的应用J.化学进展,1998,4(1):1-14.24张一兵,张文彦.TiO2可见光光催化的研究进展J.稀有金属材料与工程,2007,36(7):1299-1303.25文晨,孙柳,张纪梅,邓桦,王鹏.碘掺杂对纳米TiO2催化剂光催化活性的影响J.高等学院化学报,2006,27(12):2408-2410.26李成林,阎文静,张艳峰,魏雨.碘元素对TiO2的可见光活性及机理研究进展J.河北师范大学学报,2013,37(1):104-108.27张毓敏,非金属碘和稀土元素铈掺杂二氧化钛的制备及其光催化活性的研究D.内蒙古大学硕士论文,2011.28冯光建,刘素文,修志亮,俞娇仙.可见光响应型TiO2光催化剂的机理研究进展J.稀有金属材料与工程,2009,38(1):185-188.29张世英,余取民,李云龙,游洋,王群,张振华.溶胶-乳化-凝胶法制备超分散性TiO2纳米颗粒J.稀有金属与材料,2008,37(2):326-329.检索策略：题名或关键词=（碘掺杂/铈掺杂）+ 纳米TiO2提名或关键词=纳米TiO2的制备题名或关键词=（染料废水）+ 光催化降解数据库名称：12345678910111213141516171819202122 中国知网23242526272829 万方数据知识服务平台四、课题研究的基础、现状与趋势(基于对参考文献资料的分析、综合与归纳，不少于1000字)：近些年随着经济的飞速发张， 作为我国最具有优势的传统支柱行业之一纺织印染行业也获得了迅猛的发展。但是纺织印染行业是工业废水排放的大户，全国每年印染废水排放量约为16亿吨。我国的印染行业大多数生产设备简陋，生产效率较低，生产过程中产生的废水得不到相应的处理，废水回收利用率较低，水资源得不到合理的利用。传统印染行业所排放的污水多为的有机废水，除染料外还含有大量的助剂、浆料和表面活性剂等。我国的水资源存在两大主要问题：一是水资源短缺，二是水污染严重。人均淡水资源仅为世界平均水平的1/4、在世界上名列110位，是全球人均水资源最贫乏的国家之一。而水资源的污染以及水资源的粗放利用进一步加剧了我国水资源短缺的现状，所以节约和保护水资源变得刻不容缓。TiO2作为纳米材料，自1972年发现其具有光敏效果以来，一直备受科学家的关注和研究。纳米TiO2光催化剂能将太阳能转变成化学能，不仅高效、安全的利用丰富的太阳能而却解决了日益严重的环境问题。纳米TiO2光催化剂在紫外光催化的作用下，其表面产生OH自由基，将有机污染物降解消除，最终变成CO2和H2O。所以，TiO2催化剂作为纳米材料，因其良好的化学稳定性、低成本、无毒无害等优势，已经成为最具发展和应用潜力的纳米催化剂之一。由于纳米TiO2催化剂的禁带较宽，只能在紫外光条件下起催化作用。紫外光在太阳光中占不到5%，而纳米TiO2催化剂对占太阳光43%的可将光没有作用，也就是说对太阳光的利用率不足5%。因此，TiO2催化剂对催化条件也算是较苛刻，如果不是每天都阳光灿烂，那纳米TiO2的催化效率以及应用前景就令人堪忧。为了提高纳米TiO2催化剂在可将光区的催化效率，我们将非金属碘和稀土元素铈与TiO2进行掺杂，改变TiO2表面的电子状态，使得其导带、价带发生位移或形成新的能级，降低TiO2带隙能，使得激发光的波长可以大大降低，从而扩展了TiO2吸收利用波长的范围，使得纳米TiO2催化剂的活性有了很大的改变。Ce作为稀土元素，掺杂造成固定、额外且高浓度的氧空位，这些空位能吸收可见光；非金属碘的掺杂，使I与O和Ti的电子轨道发生混合有助于形成价带和导带，减小了TiO2的禁带宽度，使得掺杂后的TiO2对可见光响应。纳米二氧化钛催化剂的制备方法主要有溶胶凝胶法、水热合成法、共沉淀法、中和水解法、微乳法和浸渍法。其中溶胶凝胶法由于制备工艺简单、副反应少、反应条件温和近些年来一直被广泛应用。 近些年，对纳米TiO2掺杂改性一直受到世界各国科学家的关注，在稀土离子掺杂、过渡金属离子掺杂、阴离子掺杂、半导体复合等方面的研究也取得了较好的成果。虽然非金属离子与金属离子的掺杂改性机理不同，但两者的作用机理并不冲突，再加上金属离子掺杂能使TiO2晶粒细化，增大比表面积，只要两者进行合理的掺杂，共掺杂效果必定优于单掺杂。再加上由于纳米TiO2催化剂掺杂能够运用溶胶凝胶法进行制备合成，工艺简单、成本低廉，降解有机物的速度快效率高，降解反应条件温和，能够降解的有机污染物种类多，在固液体系中分离简单，是最具发展前景的绿色环保技术之一。本文选择的非金属碘和稀土元素铈共掺TiO2纳米材料在已有的研究文献中表现了良好的催化降解效益，故在已有的研究基础上探讨了碘和铈的掺杂比对催化降解活性的影响，以期进一步提高非金属碘和稀土元素铈共掺TiO2纳米材料的光催化性能，为其他研究发现提供参考。五、本课题解决思路或实验方法本文以钛酸丁酯为原料，冰醋酸为螯合剂，浓盐酸为稳定剂和催化剂（盐酸的量通过测定PH值来控制），采用溶胶凝胶法制备相同条件下，碘、铈共掺TiO2摩尔比为Ti：I：Ce=100：1：1的TiO2粒子。利用X射线衍射(XRD) 、比表面积测定（BET）和红外光谱（FTIR）分析等手段对样品进行表征，研究其对藏红色染料BPF光催化的降解效果及其影响因素。在制备过程中，通过改变碘酸钾与硝酸铈铵混合溶液的PH值，来改变凝胶的条件，从而确定PH在23范围内时，最有利于凝胶的形成与稳定。在究染料光催化降解效果的过程中，通过对讲解后染料吸光度的检测，从而直观地反映出染料在催化剂作用下的降解效果。实验结果表明，当Ti：I：Ce的掺杂比例为100：1：1时，染料的降解效果最佳,而且BPF染料的起始浓度越低，降解效果越好。六、 工作计划或时间安排起止日期毕业设计(论文)工作进度（主要内容、完成要求）2014.92014.10查阅相关文献并与指导老师沟通确定初步方案2014.102014.11制备相同条件下碘、铈共掺纳米TiO2粉末2014.12研究不同PH条件下形成凝胶的效果2014.122015.1探究添加不同比例的铈对降解效果的影响2015.12015.2探究不同条件下光催化降解的影响因素2015.22015.3对样品进行表征分析2015.32015.4完成论文初稿并进行修改2015.5确定论文的终稿及相关事宜指导教师意见该同学在阅读相关文献的基础上对本课题已有一定的认识，进一步细化实验方案。同意开题。指导教师（签字）：汪学英2015年 1 月 15 日系意见系主任（签字）： 年 月 日学院意见 教学院长（签字、公章）： 年 月 日 注：开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一，此报告应在导师指导下，由学生填写，经指导教师签署意见及所在学院审核后生效。目 录第一章 总论- 5 -1.1项目名称- 5 -1.2编制依据- 5 -1.3研究范围- 5 -1.4项目背景- 5 -1.4.1 CCS&U系统发展过程- 6 -1.4.2 CCS&U系统现阶段行业特点- 8 -1.5 CCS&U项目意义- 9 -1.6项目概况- 9 -1.7经济分析- 10 -1.7.1项目总投资及资金来源- 10 -1.7.2建设周期- 10 -1.7.3经济评价- 10 -1.7项目结论- 10 -1.8存在问题及建议- 10 -第二章 市场分析- 11 -2.1 CCS 系统- 11 -2.1.1 CCS 系统概述- 11 -2.1.2 CCS系统组成- 11 -2.1.3世界CCS技术发展及应用- 15 -2.1.4中国CCS技术发展及应用- 16 -2.1.6 CCS技术的未来- 17 -2.2产品简介- 19 -2.3国内、外生产状况- 22 -2.3.1国外DMC生产状况- 22 -2.3.2国内DMC生产状况- 23 -2.4国内外DMC消费现状- 24 -2.4.1国外DMC消费现状- 24 -2.4.2国内DMC消费现状- 25 -2.5市场潜在需求分析- 26 -2.5.1替代光气和DMS的潜在需求- 27 -2.5.2汽油添加剂领域的潜在需求- 27 -2.5.3其他领域的潜在需求- 28 -2.6 DMC的价格分析与走向预测- 29 -2.7副产物的市场分析- 30 -第三章原料路线313.1 原料路线的选择原则313.2 多条原料路线的比较323.2.1 CCS工艺路线比较323.2.2 CO2的利用383.3 原料规格393.3.1吸收剂规格393.3.2碳酸二甲酯原料规格393.4 原料采购和供应41第四章 厂址选择424.1选址原则424.2选址背景434.3厂址概况434.3.1地理区位434.3.2自然条件444.3.3园区规划454.3.4基础建设464.3.5交通及运量504.3.6综合优势514.3.7生产条件52第五章 建设规模535.1设计依据535.2规模的确定545.2.1CCS规模545.2.2碳酸二甲酯应用前景广阔555.2.2行业发展迅速，处于成长期555.2.3市场潜力并不等于现实需求565.2.4产能过剩，寻求出口56第六章 产品营销586.1营销概要586.2营销总体战略目标586.3推广战略596.4营销策略组合616.4.1产品定位与策略616.4.2定价策略616.4.3营销策略626.5促销策略636.6公共关系营销646.7中长期营销战略656.7.1市场反应分析及对策656.7.2后续产品市场拓展与销售65第七章 经济分析667.1投资估算667.1.1编制依据667.1.2投资估算677.1.3 建设项目总投资727.2 资金筹措727.2.1资金来源727.2.2 贷款及还款方式737.3产品成本估算737.3.1直接材料费、燃料及动力费747.3.2直接工资和其他直接支出747.3.3折旧及摊销767.3.4维修费777.3.5总成本费用估算表777.4财务评价777.4.1产品产量及报价777.4.2财务现金流量787.4.3损益表797.4.4获利能力评价807.4.5不确定性分析81第八章 研究结论858.1综合评价858.1.1本项目采用先进的生产工艺858.1.2环保、安全卫生及消防措施落实858.1.3项目抗风险能力858.2研究报告结论86目 录第一章 总 论 11.1项目概况 11.2研究依据及范围 31.3主要技术经济指标 41.4研究结论及建议 4第二章 项目建设的背景和必要性 62.1项目建设的背景 62.2项目建设的必要性 8第三章 项目服务需求分析 11第四章 项目选址与建设条件 134.1选址原则 134.2项目选址 134.3建设条件 144.4项目建设优势条件分析 15第五章 建设方案 185.1建设规模与内容 185.2总体规划设计 195.3建筑方案 245.4结构方案 265.5给水工程 275.6排水工程 295.7电气设计 315.8暖通设计 345.9项目实施进度 35第六章 节能措施 376.1设计依据 376.2节能措施 37第七章 环境影响分析 397.1 环境影响分析 397.2 环境保护措施及治理效果 40第八章 消防与安全卫生 428.1 消防 428.2 劳动安全 438.3 卫生防护 44第九章 组织机构与运作方式 459.1 组织机构 459.2组织管理 469.3劳动定员 46第十章 投资估算 4710.1编制依据 4710.2 投资估算 4710.3资金筹措 48第十一章 经济效益评价 4911.1 成本核算 4911.2 利润估算 5111.3经济风险分析 5211.4财务评价结论 54第十二章 结 论 5517