搜索
项目编号：浙江省大学生科技创新项目申报书创新项目名称：Ag@AgI/TiO2模拟太阳光催化处理含铬废水的性能研究创新项目负责人：郭丝丝学校名称：浙江工商大学申报日期：2012年11月14号项目类别：个人项目□团队项目√浙江省大学生科技创新活动计划（新苗人才计划）实施办公室制填写说明一、申报书要按照要求，逐项认真填写，填写内容必须实事求是，表达明确严谨。二、格式要求：申报书中各项内容以Word文档格式填写，表格中的字体为小四号仿宋体，1.5倍行距；表格空间不足的，可以扩展或另附纸张；均用A4纸双面打印，于左侧装订成册。三、申报书由所在学校领导审查、签署意见并加盖公章后，一式三份（均为原件），报送浙江省大学生科技创新活动计划（新苗人才计划）实施办公室。一、项目简介项目概况项目名称Ag@AgI/TiO2模拟太阳光催化处理含铬废水的性能研究项目性质（）基础研究（√）应用基础研究项目来源（）自主立题（√）教师指导选题起止时间自2012年4月至2012年4月项目状况√1、研发阶段2、中试阶段3、批量（规模）生产（选项打√）申请人姓名郭丝丝性别出生年月入学年月所在院系联系电话电子信箱项目组主要成员姓名年龄性别专业具体分工王英霞金丹敏俞柯军余可儿项目指导教师姓名王齐性别女出生年月1982-12主要研究方向污染控制与环境新能源材料近三年获奖成果：国家级__等奖___项，省部级__等奖___项近三年科研经费____________万元，年均__________万元项目主要内容简介本项目旨在研究微弱可见光的条件下实现含铬废水的高效经济处理。通过优化Ag/AgI的比例、Ag的负载量、AgI的热处理温度、TiO2的晶型等，制备出与纯AgI活性相当的、更稳定的、低贵金属负载量（≤10%）、微弱可见光响应的Ag@AgI/TiO2复合光催化剂，大副降低催化剂的制备成本，进一步优化反应条件，实现实现微弱可见光（≤50W）照射下高效处理含Cr(VI)废水。二、项目的研究目的及意义1、申请项目的必要性、目的及意义近年来，我国重金属污染事件呈高发态势，对自然生态和群众造成严重威胁。以重金属铬为例，它是鞣革、工业颜料、印染、电镀、橡胶等行业必不可少的原料，同时也是一种致癌物，为美国环境保护局公认的129种重点污染物之一，更是我国重点控制对象。铬污染治理是世界性的环保难题，其技术核心是将可溶、易迁移、高毒性的六价铬Cr(VI)还原为毒性小100倍、易于配位沉淀的三价铬Cr(III)，并进行综合利用。当前广为实施的电解法、还原沉淀法、化学絮凝法、离子交换法、膜过滤法等物理化学方法，存在残留高、费用高、二次污染、共存有机物去除率低等缺点，一般只适合处理限量的、较高浓度含铬废水。由于实际废水中重金属往往与有机污染物共存，形成的复合污染会大大增加处理的难度。因此，针对低浓度含Cr(VI)有机废水的有效去除和分离成为富有挑战性的研究工作。光催化被认为是最有应用前景的污水深度处理技术，近三十年来在环境方面的研究和应用取得了一系列的进展，以二氧化钛(TiO2)为代表的光催化剂，能氧化降解几乎全部的有机污染物[1,2]，或还原去除重金属[3,4]。针对光催化还原Cr(VI)，目前大部分研究都集中在紫外光区。而以可见光（约占太阳光总能量50%）为驱动力的研究较少，一般通过染料敏化TiO2[5]、底物与TiO2表面形成电荷转移络和物[6,7]两种形式吸收可见光，实现可见光照射下Cr(VI)和有机物协同削减。然而，光催化发展了三十多年，目前仍以实验室研究为主，大规模的实际应用鲜有展开，主要原因是催化剂对太阳光的直接利用率低，人造紫外/可见光源功率较高（≥300W），大大增加应用的成本，延缓光催化应用于实际废水处理的进程。此外，相对较慢的反应速度有待大幅提升。以TiO2光催化还原Cr(VI)（10mg/L）为例，在染料AO7、苯酚、EDTA等有机物共存时，Cr(VI)还原大大加速，可见光照射1~4h后Cr(VI)去除率近100%，离实际应用的速率要求仍还有一定的差距。实验室条件下、相同浓度的污染物至少在30min内完全反应，最好控制在15min以内。解决以上问题的关键是开发新型高效可见光催化剂，通过优化反应条件，实现Cr(VI)高效去除。近年来，银基催化剂引起研究者广泛的关注。自2006年中科院胡春课题组[8]在EST上首次报道将AgI负载到TiO2表面，能在可见光照射下降解偶氮染料以来，大量相关工作陆续展开，掀起了AgX研究的热潮。山东大学黄柏标课题组[9]进一步发展了新型等离子体Ag@AgX高效复合光催化材料，其光谱吸收范围涵盖整个可见光区域，以至于近红外，使其具有非常好的光催化抑菌和染料降解效果。然而，目前的研究多关注有机物的氧化降解，还原性能的研究较少。而光生空穴和电子是同时产生的，分别对应氧化和还原反应，因此，银基催化剂理论上应同时具备较高的还原性能。但目前这方面的研究较少，且所用催化剂含Ag量较高，催化剂制备成本昂贵，所用光源一般为高功率碘钨灯或氙灯（≥300W）。本课题组成员在前期创新实验过程中发现：将AgI负载到TiO2表面制得的AgI/TiO2，能在可见光照射下还原Cr(VI)，且催化剂稳定存在，对室温制备的AgI/TiO2进行一定温度热处理，能大幅提升光催化还原效率，速率常数从0.03min-1提高到0.32min-1，20分钟内可将10mg/LCr(VI)完全还原。为了进一步提高反应效率，本项目在充分调研文献的基础上，提出利用贵金属Ag的表面等离子体共振效应（plasmaeffect），结合AgI/TiO2优越的可见光催化还原性能，制备Ag@AgI/TiO2复合光催化剂。通过优化Ag和AgI的负载量、AgI/TiO2的热处理温度、TiO2的晶型等，制备出与纯AgI活性相当的、更稳定的、低贵金素负载量（含Ag≤10%）的高效微弱可见光响应型催化剂，大副降低催化剂的制备成本。进一步优化反应条件，例如pH、催化剂用量、光强、共存有机物污染物种类（染料、苯酚、EDTA等）等，实现微弱可见光（≤50W）照射下高效处理含Cr(VI)废水。项目的顺利实施有望直接利用太阳光进行光催化反应处理含Cr(VI)废水，大大降低污水处理的能耗。主要参考文献：[1]FujishimaA,ZhangX,TrykDA.TiO2Photocatalysisandrelatedsurfacephenomena.SurfSciRep,2008,63:515[2]GayaUIandAbdullahAH.Heterogeneousphotocatalyticdegradationoforganiccontaminantsovertitaniumdioxide:Areviewoffundamentals,progressandproblems.JPhotochemPhotobiolC,2008,9:1[3]ChenthamarakshanCRandRajeshwarK.HeterogeneousphotocatalyticreductionofCr(VI)inUV-irradiatedTitaniasuspensions:Effectsofprotons,ammoniumions,andothetinterfacialaspects.Langmuir,2000,16:2715[4]WangX,PhekonenSO,RayAK.RemovalofaqueousCr(VI)byacombinationofphotocatalyticreductionandcoprecipitation.IndEngChemRes,2004,43:1665[5]KyungHK,LeeJS,ChoiWY.SimultaneousandsynergisticconversionofdyesandheavymetalionsinaqueousTiO2suspensionsundervisible-lightillumination.EnvironSciTechnol,2005,39:2376[6]WangN,ZhuLH,DengKJ,SheYB,YuYM,TangHQ.VisiblelightphotocatalyticreductionofCr(VI)onTiO2insitumodifiedwithsmallmolecularweightorganicacids.ApplCatalB:Environ,2010,95:400[7]KimGandChoiWY.Charge-transfersurfacecomplexofEDTA-TiO2anditseffectonphotocatalysisundervisiblelight.ApplCatalB:Environ,2010,100:77[8]HuC,HuX,WangL,QuJ,WangA.Visible-light-inducedphotocatalyticdegradationofazodyesinaqueousAgI/TiO2dispersion.EnvironSciTechnol,2006,40:7903[9]WangP,HuangB,QinX,ZhangX,DaiY,WeiJ,MaW.Ag@AgCl:ahighlyefficientandstablephotocatalystactiveundervisiblelight.AngewChemIntEd,2008,47:79312、项目的背景、主要内容、技术水平及应用范围项目的背景、主要内容：光催化处理含Cr(VI)废水的研究大部分集中在紫外光区，而以可见光（约占太阳光总能量50%）为驱动力的研究较少，对太阳光的直接利用率低，且反应速度相对缓慢，现有研究多停留在实验室阶段。此外，所用光源一般为高功率（≥300W）人造紫外/可见光灯，大大增加应用的成本，延缓光催化应用于实际废水处理的进程。鉴于以上现状，本项目在前期研究基础上，提出利用贵金属Ag的表面等离子体共振效应（plasmaeffect），结合AgI/TiO2的优越的可见光催化还原性能，制备Ag@AgI/TiO2复合光催化剂。通过催化剂制备条件和反应参数优化，期望实现微弱可见光（≤50W）照射下高效处理含Cr(VI)废水。本项目拟以重金属Cr(VI)为模型重金属污染物，考察微弱可见光催化还原Cr(VI)→Cr(III)的效率，主要从以下几个方面展开研究：[1]Ag@AgI/TiO2中Ag、AgI、TiO2三者之间的比例对Cr(VI)还原的影响规律；[2]AgI/TiO2热处理温度对Cr(VI)还原的影响规律；[3]TiO2的晶型、形貌等对Cr(VI)还原的影响规律；[4]反应pH、光强、催化剂用量、共存有机污染物种类等对Cr(VI)还原的影响规律。具体实验方案：[1]实验所需的光催化反应仪器：家用日光灯作为微弱可见光光源。[2]Cr(VI)的分析及测量方法：二苯卡巴肼显色法（GB/T7467-1987），紫外可见分光光度计监测λmax=540nm处吸收峰的变化。[3]有机污染物的分析及测量方法：染料污染物采用紫外可见分光光度计监测200-700nm范围内吸收光谱的变化；苯酚等无色的有机污染物采用液相色谱监测其浓度变化。[4]AgI@TiO2催化剂的制备方法：将一定量的TiO2和KI加入去离子水中，在磁力搅拌下缓慢滴加一定浓度的AgNO3和氨水形成的银氨溶液，制得亮黄色乳状沉淀。然后过滤、烘干，100-700oC之间不同温度下焙烧，得到AgI@TiO2。[5]Ag@AgI/TiO2催化剂的制备方法：AgI@TiO2粉末至于一密闭石英反应器中，充N2，磁力搅拌，在1000W氙灯强光照射下，使部分AgI分解生成Ag纳米颗粒，得到Ag@AgI/TiO2。通过控制氙灯照射时间来改变Ag和AgI的比例。[6]Ag@AgI/TiO2催化剂的优化：通过改变起始AgNO3和TiO2的摩尔质量比，制备不同贵金属负载量的复合催化剂；以不同结晶态（anatase,rutile,brookit