CeO2掺杂TiO2的制备及光催化性能

毕业论文开题报告题目：CeO2掺杂TiO2的制备及光催化性能学院：轻化工程学院专业：材料科学与工程学生姓名：朱凯学号：1104100036年级：2011级指导教师：刘洪完成时间：2013年11月5日西昌学院毕业论文开题报告流变相法制备CexZr1-xO2微粉的研究1一、主要研究内容、研究意义及预期目标：一、研究内容利用含有结晶水的原料通过流变相法制备铈锆氧化物固溶体。在制备过程中研究不同的铈锆原料配比、不同的焙烧温度、不同的焙烧时间对产物的影响。用相关仪器表征，分析不同的工艺条件对生成产物产生的影响。二、研究意义随着人们的生活水平越来越好，汽车已进入寻常百姓家，因此这使流动的污染源——汽车排放的尾气对环境的污染也日趋严重。而CeO2以其所特有的快速可逆的Ce3+/Ce4+氧化还原循环而被应用于汽车尾气净化的三效催化剂中作为储氧材料。CeO2不仅能在贫氧时提供CO和CHx氧化时所需的氧；而且Ce2O3在富氧时还能还原存在于废气中的NOx以储存氧。由于CeO2的这种可逆的氧化还原反应主要在其表面上进行，因此要求其具有较大的比表面积。但由于纯的CeO2容易在高温下发生烧结，使其颗粒长大导致其比表面积减小，同时它还容易与汽车尾气催化剂载体（Al2O3）在高温下作用生成CeAlO3，从而使其催化活性降低。近年来，掺杂了Zr4+的铈锆氧化物固溶体作为汽车尾气净化的三效催化剂中的重要组分引起了国内的广泛关注。研究表明，由于Zr4+的半径（0.084nm）比Ce4+的半径（0.097nm）要小，掺杂一定量的Zr4+使其进入CeO2的晶格，导致其晶格常数减小，从而形成晶格畸变和缺陷，增加了氧的活动能力，使其储氧能力增加。由于铈锆复合氧化物在一定温度下焙烧一定的时间后会形成单一的晶型，使其晶格常数介于纯的ZrO2和纯的CeO2之间，因此两种氧化物形成了固溶体。一般来说，由于固溶体的晶型单一，因此在物性分析中它会表现出均一性。这种均一性使其与一般的机械混合物和复合氧化物相比，更好的储氧能力和氧化还原能力，因此铈锆氧化物固溶体更加具有使用价值。同时铈锆氧化物固溶体的热稳定性较高，使其在三效催化剂中得到更加广泛的应用。铈锆氧化物固熔体（CexZr1-xO2）的制备方法要有:沉淀法、氧化物高温焙烧法、氧化物高能球磨法、水热法、溶胶-凝胶法、化学削锉法以及络合法等。不同的制备方法对CexZr1-xO2的比表面积、晶相和氧化还原性能有很大的影响,这些方法各有优缺点。西昌学院毕业论文开题报告流变相法制备CexZr1-xO2微粉的研究2从国内外现有的研究成果来看,在制备铈锆氧化物固溶体时,应进一步解决的问题有:(1)提高固溶体的比表面积和贮氧能力;(2)提高固溶体的热稳定性和抗SO2中毒能力;(3)简化制备工艺,降低成本,以便于工业化应用。本论文在比较了各制备方法的优缺点后，选择了一种较新的制备方法—流变相法反应制备铈锆固溶体。流变相法是将流变学与化学合成相结合的一种新的制备方法。使用该方法时，反应体系中有流变性物质参与反应。流变性物质一般具有复杂的结构或组成，它既有液态的性质，又有固态的性质，可以说是，似液非液，似固非固。因此流变性物质是可以流动或缓慢流动的宏观均匀的复杂体系。流变相法制备过程更简单，反应更充分，同时无需溶剂，减少污染源，而且能耗低、效率高、经济、节能。三、预期目标在制备过程中探究不同工艺条件对产物产生的影响，确定适宜工艺条件制备催化性能较好的CeO2-TiO2掺杂物。二、拟采用的技术路线、研究方法及步骤：一、技术路线配比称量混合粗磨恒温干燥恒温煅烧产物精磨二、研究方法利用球磨法制备以不同配比、不同焙烧温度、不同焙烧时间所得到的产物，通过仪器检测，甲基橙光催化试验，分析各工艺条件对产物的影响，得到能制备出性能较好的掺杂物的工艺条件。三、步骤第一阶段为准备阶段：通过对与论文相关的中外文资料文献的阅读理解，选择合适的原料，合适的制备方法。第二阶段为实验阶段：通过利用不同的原料配比、不同的粒径、不同的焙烧温度、不同的焙烧时间制备出产物：将固体反应物配比称量后球磨。然后在不同的温度下焙烧不同的时间，得到CeO2-TiO2掺杂物。第三阶段为检测阶段：用仪器对CeO2-TiO2掺杂物进行检测，分析各工艺条件对产西昌学院毕业论文开题报告流变相法制备CexZr1-xO2微粉的研究3物的影响，得到能制备出性能较好的CeO2-TiO2掺杂物的工艺条件。第四阶段为试验阶段：用制得的CeO2-TiO2掺杂物对紫外光照射甲基橙实验进行催化作用，得到不同工艺制备的CeO2-TiO2掺杂物的催化性能。三、进度计划：第一阶段：2014.9——2014.11完成与论文相关的中外文资料文献的收集。第二阶段：2013.11——2013.12整理资料并撰写文献综述和开题报告，正式确立课题。第三阶段：2015.3——2015.4全面开展毕业论文的实验。第四阶段：2015.4——2015.5总结实验的结果，提炼该实验的特点，完成总结报告并结题。四、所需条件及落实措施：完成毕业论文的实验条件是烘箱、差热-热重分析仪、马沸炉、X射线衍射仪等仪器，以及氧化钛、硝酸铈、甲基橙等药品。部分药品是从实验室领取，实验室没有的药品需要购买，仪器则为实验室现有器材。五、参考文献：[1]陈伟.汽车尾气净化催化剂用CexZr1-xO2固溶体的研究进展[J].内蒙古石油化工,2010,(13):7-11[2]赵建军,刘源.汽车尾气净化催化剂用CexZr1-xO2固溶体的研究进展[J].稀土,2002,23(3):52-57[3]张磊,刘源,白雪.大比表面积铈锆氧化物固溶体的制备[J].中国稀土学报,2002,20卷专辑西昌学院毕业论文开题报告流变相法制备CexZr1-xO2微粉的研究4[4]姚青,田群,陈宏德等.柠檬酸溶胶-凝胶法制备铈锆固溶体的物性和氧化还原特性研究[J].中国科学院研究生院学报,2006,23(1)[5]胡胜伟,俞建长,丁剑等.表面活性剂辅助铈掺杂纳米氧化锆的合成与表征[J].福州大学学报,2006,34(2):236-239[6]翟彦青,刘源,王丽.超临界干燥法制备铈锆氧化物固溶体[J].内蒙古工业大学学报,2001,20(4):245-249[7]傅虹虹,陈萍华,蒋华麟等.沉淀法制备铈掺杂氧化锆陶瓷粉体材料的研究[J].天津化工,2012,26(3):13-16[8]罗孟飞,林瑞,陈敏等.Ce-Zr-O固溶体的制备和表征[J].中国稀土学报，2000,18(1):35-37[9]冯长根,张江山,王亚军.低温合成纳米级固溶体Ce1-xZrxO2的研究[J].硅酸盐学报,2004,32(4):502-506[10]吴韶亮,高晓,刘欣梅.固相反应-结构导向法合成铈锆固溶体[J].分子催化,2007,21(4):338-343指导教师意见：指导教师签名：年月日毕业论文领导小组意见：组长签名：年月日