氧化锌 氧化钛纳米复合材料的制备及光催化性能的研究 开题报告.doc

开题报告填表说明1.开题报告是毕业设计（论文）过程规范管理的重要环节，是培养学生严谨务实工作作风的重要手段，是学生进行毕业设计（论文）的工作方案，是学生进行毕业设计（论文）工作的依据。2.学生选定毕业设计（论文）题目后，与指导教师进行充分讨论协商，对题意进行较为深入的了解，基本确定工作过程思路，并根据课题要求查阅、收集文献资料，进行毕业实习（社会调查、现场考察、实验室试验等），在此基础上进行开题报告。3.课题的目的意义，应说明对某一学科发展的意义以及某些理论研究所带来的经济、社会效益等。4.文献综述是开题报告的重要组成部分，是在广泛查阅国内外有关文献资料后，对与本人所承担课题研究有关方面已取得的成就及尚存的问题进行简要综述，并提出自己对一些问题的看法。5.研究的内容，要具体写出在哪些方面开展研究，要突出重点，实事求是，所规定的内容经过努力在规定的时间内可以完成。6.在开始工作前，学生应在指导教师帮助下确定并熟悉研究方法。7.在研究过程中如要做社会调查、实验或在计算机上进行工作，应详细说明使用的仪器设备、耗材及使用的时间及数量。8.课题分阶段进度计划，应按研究内容分阶段落实具体时间、地点、工作内容和阶段成果等，以便于有计划地开展工作。9.开题报告应在指导教师指导下进行填写，指导教师不能包办代替。10.开题报告要按学生所在系规定的方式进行报告，经系主任批准后方可进行下一步的研究（或设计）工作。一、课题的目的意义：中国经济的的发展，与制造业、重工业的兴旺是分布开的。然而，这些工厂的发展的同时，也带来了很严重的环境问题废水、废气、废渣，这些影响着人们的健康。焦化、农药、医药、化工、染料、树脂等行业，范围广，数量多，是环境污染物主要制造者。由于有机类物质具有致癌、致畸、致突变的潜在毒性，已被各国环保部门列入环境优先污染物黑名单，是重点监测和治理的对象之一。因此，废水的处理一直是环境保护研究中倍受关注的课题。目前国内外处理废水的常用方法主要有吸附法、化学氧化法、溶剂萃取法、液膜法、离子交换法和生化法等，各种方法都有自身的优缺点。光催化氧化法属于化学氧化法的一种类型，是近年来发展起来的一种新型技术，由于其具有高效、价廉、对环境友好、容易循环使用等优点，本实验以亚甲基蓝为例，研究水中有机物的光催化降解，其中催化的原材料就是氧化锌和二氧化钛。这两种原料都简单易得、价格便宜、无毒无害，且其纳米颗粒具有良好的光催化性能。研究出高催化性能的光催化材料对于水的净化处理有着不言而喻的意义。二、文献综述（分析国内外研究现状、提出问题，找到研究课题的切入点，附主要参考文献，约2000字）：光催化降解环境水中污染物是 20 世纪 70 年代发展起来的新型水处理技术，Matthews 等对水体中34 种有机污染物的光催化分解进行了系统的研究，结果表明光催化氧化法可将水中的烃类、 羟酸、染料、卤代物、含氮有机物杀虫剂等彻底矿化为无机小分子CO和HO。纳米ZnO 与TiO都可光催化降解水体中的各种有机污染物，纳米ZnO由于其高效和无毒的特点被认为是极具应用前景的高活性光催化剂之一。同时，纳米TiO也是优良的光催化。近年来对纳米材料的光催化性能的很多。周银等以乙酸锌和氢氧化锂为原料,采用溶胶凝胶法制备了纯纳米ZnO和掺钕ZnO，用15 W紫外灯作为光源,一定浓度的偏二甲肼污水为光催化反应模型污染物，研究了ZnO的光催化性能,考察了钕掺杂量对降解率的影响.结果表明,掺杂钕离子提高了ZnO的光催化活性,钕锌摩尔比为0.025时光催化性能最好。钟已未等用自制的纳米ZnO在室外阴天、太阳光照射、室内紫外灯照射等条件下对不同有机染料的降解性能作了系统的研究。结果表明纳米ZnO在太阳光照射条件下对弱碱性有机染料溶液的降解效果较好。作者还比较了自制纳米ZnO与纳米TiO对有机染料的降解性能,结果表明ZnO的降解效果优于TiO。与金属粒子具有连续的能带结构不同, n 型半导体粒子纳米 TiO的能带结构一般由低能价带和高能导带构成, 价带和导带之间存在禁带。纳米TiO( 锐钛矿型) 的禁带宽度为 3.2 eV（与ZnO的禁带宽度相近）, 当能量等于或大于能隙的光 (hvEg) 照射到纳米 TiO粒子表面时, 会激发低能价带中的电子跃迁至高能导带, 从而形成 n/p 控制的光催化氧化开关。由于纳米 TiO粒子的能带是不连续的, 使得光生电子空穴对有时间 (其寿命一般为 ps 级) 经禁带向吸附在纳米 TiO面的环境中的外来物种转移电荷, 空穴可夺取纳米 TiO粒子表面吸附物质或溶剂中的电子而使其活化氧化, 电子受体 (在含有空气的水溶液中通常是氧) 由于得到电子而被还原, 均生成强氧化性自由基, 进而发生氧化反应。与电子相比, 光生空穴具有更大的反应活性。实验室低温合成各种纳米粉体的技术也已经很成熟。Rizwan Wahab等人通过醋酸锌的二水化合物与氢氧化钠为主要原料在90C保温30min合成粉状纳米结构的氧化锌。这个方法简单、成本低、路线短，但是可以获得大量高质的纳米氧化锌的粉体。赵敬哲等在液相中直接制得金红石型TiO,避开锐钛矿到金红石型TiO的相转变,省略高温固相反应过程,在常压低温条件下就可以制备金红石型TiO。对于ZnO/ TiO包覆研究的也很多，但多是研究这种复合材料的光屏蔽、吸收性能，而对于其光催化性能研究的文献较少。由于TiO半导体的能带带隙仅能吸收利用太阳能波长小于387.5 nm的紫外光部分。为了提高太阳能的利用率,可以考虑采用更加有效的聚光器,或在反应体系中加入还原剂和氧化剂,或掺入其它金属来防止空穴复合,降低带隙能,从而达到提高太阳能利用的目的。然而，尹春雷等，用纳米ZnO表面包覆的复合粉体测其光催化活性，实验表明，包覆后光催化性能反而降低。近年来,采用Fe,V,Cr,Cu等金属离子掺杂提高ZnO光催化性能的研究报道较多,但国内外少见用Ti掺杂的。为了提高ZnO的光催化性能,汪荣华等用激光复合加热蒸发技术制得平均粒径在20 nm左右的Ag+掺杂ZnO纳米晶半导体光催化剂系列。结果表明,掺杂Ag+有助于ZnO对可见光的吸收,通过脱色率、紫外可见吸收光谱和COD值的测定证实了Ag+掺杂有效地改善了ZnO对亚甲基蓝(MB)的光催化降解性能.。Wu等用化学气相沉积方法制备了纳米晶Au/ZnO复合物,并用甲基橙来验证其光催化性能,通过改变ZnO的表面性质,如氧空位、晶格缺陷等,减少了电子和空穴的复合,从而提高了ZnO的光催化活性。然而这种实验方法是我不能得到的。实验室的可以采用的方法有沉淀法和溶胶-凝胶两种方法。但是，由于和都不能自主生成溶胶，从而必须要添加溶胶剂或。常用的是明胶，但工业明胶里含有大量的无机盐，必然影响这实验的准确度。故本实验通过沉淀法制备包覆不同量TiO2的纳米ZnO粉体，测其光催化性能。1Matthews R W. Water Research, 1986, 20(5): 569.2 周银,徐文国,卢士香.掺钕纳米氧化锌光催化降解偏二甲肼污水研究J.北京理工大学学报，2009,29(3):266-271.3 钟己未,万益群,付敏恭. 纳米氧化锌光催化降解有机染料性能的研究J.分析实验室，2006,25(12):30-34.4 王积森, 冯忠彬, 孙金全, 贾明剑.纳米 TiO的光催化机理及其影响因素分析J.纳米材料与结构，2008,45(1):28-32.5 Rizwan Wahab , S.G. Ansari , Y.S. Kim , H.K. Seo . Low temperature solution synthesis and characterization of ZnO nano-flowersJ. Materials Research Bulletin 42 (2007) :6401648.6 赵敬哲,王子忱,刘艳华. 液相一步合成金红石型超细TiOJ. 高等学校化学学报,1999,20(3):467-469.7 冉王景,张萍,李哲,王德王景. 屏蔽紫外线纳米TiO/ZnO复合粉体的性能及制备.J四川有色金属，2005,29(3):29-32.8 廖莉玲,刘吉平.纳米级ZnO-TiO复合粉体的制备及其性能研究J,黔南民族师范学院学报.2002,(3):1-3.9 朱雷,宋宏娇. TiO光催化氧化技术在水处理中的应用J. 国外建材科技,2006,27(3):92-94.10 尹春雷,袁方利,黄淑兰. 纳米氧化锌表面包覆氧化铝复合粉体制备及其光催化活性J.过程工程报，2003,3(4):346-349.11 汪荣华,刘宏芳,许立铭.Ag/ZnO纳米晶的制备及对亚甲基蓝的异相光催化行为J.华中师范大学学报:自然科学版,2003,37(4):510 513.12 Wu J J, Tseng C H. Photocatalytic properties of nc-Au/ZnO nanorod compositesJ. Applied Catalysis B: Envi-ronmental, 2006,66:51 57.三、课题研究的内容、方法和预期目标：研究内容：以亚甲基蓝为例，在不同条件下合成纳米ZnO-TiO复合粉体，测其对亚甲基蓝的光催化能力。研究方法：用氨水沉淀硫酸钛后，用去离子水洗涤至氯化钡检测不出洗涤水中含有。将所得沉淀低温干燥后超声分散于醋酸锌溶液中，再用氨水沉淀。将沉淀洗涤、干燥后高温分解，得包覆品。随着包覆量、反应温度、煅烧温度的不同，用分光光度计测复合材料在紫外光的作用下对亚甲基蓝（MB）的催化性能的影响。预期目标：合成出纳米级的，煅烧出洁白细小的白色粉体。复合材料的光催化性能比ZnO、TiO都要强。四、所需仪器设备、材料情况：仪器：分光光度计，电子天平，磁力搅拌仪，超声清洗机，水浴装置试剂：硫酸钛100g，氨水500ml，尿素100g，氢氧化钠200g，醋酸锌200g，氯化钡50g，亚甲基蓝100ml，紫外光照明装置，所用水均为超纯水。五、课题分阶段的进度计划序号起止日期工作内容阶段成果12009.12.20-2009.12.25学生选题完成22009.12.26-2010.1.10与导师见面，领取任务书完