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金属非金属共掺杂二氧化钛的制备及可见光照射催化降解水中有机污染物指导老师:张朝红教授姓名:宋立军年级:2012级专业：环境科学主要内容1.选题依据2.国内外发展现状3.研究目的与意义4.研究内容与方法5.创新点6.研究进度安排7.参考文献1.选题依据近年来，环境污染问题越来越引起人们的重视，虽然已有不少污染处理方法应用于实际生产中，但由于其本身的局限性，对于一些有毒、难降解的生化废水，如农药、制药、造纸和染料等企业所排放的污水仍缺乏行之有效的技术方法。随着科技的不断进步，一些新的水污染治理技术开始显露出其独特的效果，二氧化钛光催化氧化就是其中一个典型的代表。TiO2半导体光催化技术因其具有效率高、能耗低、操作简便、反应条件温和、适用范围广、可减少二次污染等突出优点而成为科研工作者的研究热点。因此纳米TiO2光催化氧化法作为一种水污染治理技术得到了国内外学者的广泛关注。TiO2禁带宽度比较大，只能在紫外光区表现出光催化活性，对太阳光的利用率较低。为提高太阳能的光催化效率，人们对TiO2改性进行了深入的研究，如采用掺杂以提高TiO2光催化效率和产生可见光(波长大于420nm)活性。近年来，非金属离子和金属离子共掺杂改性纳米TiO2受到重视。金属非金属共掺杂非金属掺杂改性金属掺杂改性金属离子掺杂可以在TiO2的表面上生成捕获中心,减少电子和空穴的复合,延长·OH自由基的寿命，从而增强TiO2的光催化活性。非金属掺杂可以有效地拓宽TiO2的可见光响应范围，从而提高其光催化活性。同时，研究表明两种非金属共掺杂TiO2催化剂的催化活性要明显高于非金属单掺杂的TiO2。可以更好的提高TiO2催化活性。可见光照射下二氧化钛光催化反应机理目前，国内外对TiO2的掺杂改性主要集中在单一组分的掺杂，只有少数研究者尝试复合或双元素共掺杂的方法。即金属与非金属、双金属元素及双非金属元素共掺杂改性TiO2，拓宽导体光催化剂光谱响应范围的同时提高其光催化活性。2.国内外研究现状QiXiao等采用水热法制备碳钨共掺杂TiO2的催化剂，研究表明碳钨共掺杂TiO2的可见光催化活性比单碳单钨掺杂的可见光催化活性好。MuhammadNasir等采用水热法制备铈氮共掺杂二氧化钛催化剂，并分别在可见光下催化降解AO-7，降解效果明显。DionysiosD.Dionysiou等研究了非金属硫氮碳共掺杂二氧化钛纳米粒子的光催化活性，适量的硫氮碳共掺杂可以提高催化剂在可见光照射下的光催化活性。3.研究目的与意义通过对TiO2的掺杂改性，有望在拓宽TiO2半导体光催化剂光谱响应范围的同时提高其光催化活性,这将是今后一个重要的研究方向，具有重要的实际意义。此外，充分利用太阳光中丰富的可见光部分,代替昂贵的人工光源,开发最经济实用的TiO2光催化剂,使TiO2光催化走向真正的应用，这将是今后的一个研究热点。4.研究内容与方法TiO2纳米粒子的制备TiO2纳米粒子制备方法是水热法，此方法具有纯度高，分散性好，粒度分布窄而均匀，团聚少，晶型好，形状可控等特点。水热法，是指在密闭的反应容器中，水或其他液体作为反应介质，通过对反应进行加热，而产生高温、高压的反应环境，使反应物在其中溶解、成核、生长、最终得到具有一定粒度和结晶形态的晶粒，其基本操作为在内衬有耐腐蚀材料的密闭反应釜中加入纳米TiO2的前驱体，加热至所需温度时，恒温一段时间，卸压后去上层清液，洗涤、干燥后即可得到纳米TiO2。TiO2纳米粒子降解水中有机污染物1、农药2、多氯联苯(PCBs)3、卤代脂肪烃4、醚类5、单环芳香族化合物6、苯酚类和甲醛类7、钛酸酯类8、亚硝胺和其他化合物9、多环芳烃类（PAH）九大有机污染物以上有机物对环境有严重危害，对水体和大气可造成污染。二氧化钛的制备影响因素123掺杂量水热反应时间水热反应温度光降解影响因素1234催化剂加入量光照时间光照温度初始浓度技术路线催化剂的制备与表征XRD、SEM、XPSUV-vis光谱、HPLC、IC计算降解率、探究有机污染物降解机制查找资料和文献TiO2纳米粒子在可见光照射下降解有机污染物UV-vis光谱HPLCIC测定方法XRDSEMXPS催化剂表征降解物测定5.创新点（1）改性TiO2，拓宽TiO2半导体光催化剂光谱响应范围的同时提高其光催化活性，使其在可见光的激发下具有光催化活性，充分利用太阳光中丰富的可见光部分,代替昂贵的人工光源,开发最经济实用的TiO2光催化剂，使TiO2光催化走向真正的应用。（2）到目前为止，对于多种金属-非金属共掺杂改性TiO2并在可见光条件下降解有机污染物的研究还比较少。6.研究进度与安排（1）2013.8-2013.10：课题设计、文献搜集、资料查找（2）2013.11-2014.7：条件优化、具体实验、整理数据（3）2014.8-2014.12：整理资料、中期报告、补充数据（4）2015.1以后：撰写论文参考文献[1]崔玉民，王洪涛，二氧化钛光催化技术在污水处理领域中应用，水处理技术[J].2009，35(4):9-17.[2]Wan-KuenJo,Jong-TaeKim,Applicationofvisible-lightphotocatalysiswithnitrogen-dopedorunmodifiedtitaniumdioxideforcontrolofindoor-levelvolatileorganiccompounds,JournalofHazardousMaterials.164(2009)360–366.[3]AzrinaAbdAziz,KokSoonYong,ShalizaIbrahim,SaravananPichiah,Enhancedmagneticseparationandphotocatalyticactivityofnitrogendopedtitaniaphotocatalystsupportedonstrontiumferrite,JournalofHazardousMaterials.199-200(2012)143-150.[4]Moo-ChinWang,Huey-JiuanLin,Chien-HoWang,Hsuan-ChungWu,EffectsofannealingtemperatureonthephotocatalyticactivityofN-dopedTiO2thinfilms,CeramicsInternational.38(2012)195–200.[5]杨岳，关成立.光催化剂TiO2的改性研究进展,化工技术与开发[J].2012,41(8):32-34.[6]MirabbosHojamberdiev,GangqiangZhu,PornapaSujaridworakun,SupatraJinawath,PengLiu,Jian-PingZhou,Visible-light-drivenN–F-codopedTiO2powdersderivedfromdifferentammoniumoxofluorotitanateprecursors,PowderTechnology.218(2012)140-148.[7]XiangDong,JieTao,YingyingLi,HongZhu,EnhancedphotoelectrochemicalpropertiesofF-containingTiO2spherethinfilminducedbyitsnovelhierarchicalstructure,AppliedSurfaceScience.255(2009)7183–7187.[8]S.Zhou,J.Lv,L.K.Guo,G.Q.Xu,D.M.Wang,Z.X.Zheng,Y.C.Wu,PreparationandphotocatalyticpropertiesofN-dopednano-TiO2/muscoviteComposites,AppliedSurfaceScience.258(2012)6136-6141.[9]Y.N.Huo,Y.Jin,J.Zhu,H.X.Li,HighlyactiveTiO2-x-yNxFyvisiblephotocatalystpreparedundersupercriticalconditionsinNH4F/EtOHfluid,Appl.Catal.B:Environ.89(2009)543-550.[10]H.Slimena,A.Houas,J.P.Nogier,ElaborationofstableanataseTiO2throughactivatedcarbonadditionwithhighphotocatalyticactivityundervisiblelight,J.Photochem.Photobio.A:Chem.221(2011)13–21.[11]M.Pelaez,P.Falaras,V.Likodimos,A.G.Kontos,D.D.Dionysiou,Synthesis,structuralcharacterizationandevaluationofsol–gel-basedNF-TiO2filmswithvisiblelight-photoactivationfortheremovalofmicrocystin-LR,Appl.Catal.B.99(2010)378-387.[12]刘继进,陈宗璋,何丽萍等.纳米氧化钛的制备、表征及应用研究[J].功能材料,2002,33(6):658.[13]蔡河山,刘国光,吕文英,余林,李大光,黄杰.纳米TiO2光催化剂可见光响应的改性研究[J].水资源保护,2008,24(2):88.[14]R.Jaiswal,N.Patel,D.C.Kothari,A.Miotello,ImprovedvisiblelightphotocatalyticactivityofTiO2co-dopedwithVanadiumandNitrogen,AppliedCatalysisB:Environmental.126(2012)47-54.[15]L.Sikong,M.Masae,K.Kooptarnond,W.Taweepreda,F.Saito,ImprovementofhydrophilicpropertyofrubberdippingformersurfacewithNi/B/TiO2nano-compositefilm,AppliedSurfaceScience.258(2012)4436–4443.[16]MohsenBehpour,VajihehAtouf,StudyofthephotocatalyticactivityofnanocrystallineS,N-codopedTiO2thinfilmsandpowdersundervisibleandsunlightirradiation,AppliedSurfaceScience.258(2012)6595-6601.[17]XiaoliangShi,HaiboQin,XingyongYang,QiaoxinZhang,SynthesisandcharacterizationofF-N-W-codopedTiO2photocatalystwithenhancedvisiblelightresponse,MaterialsResearchBulletin.[18]马明远,刘岭松,李佑謖,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):1461-1462.[19]桥本和仁,藤岛昭等.Light-inducedamphilicsurface[J].Nature,1997,388:431.致谢感谢我的导师张朝红教授给我的悉心指导！感谢于凤洋和加娜学姐给我的帮助！谢谢