2019-2020年整理N掺杂纳米TiO2可见光催化剂的制备及其性能研究-光催化开题报告

1、河南理工大学本科毕业设计开题报告题目名称N掺杂纳米TiO2可见光催化剂的制备及其性能研究学生姓名-班级 无机非12-4学号 -一、选题的目的和意义光催化降解技术作为一种新型的环境治理技术,在一定的条件下可将水中的有机污染物氧化为C02和H20等简单无机物,防止二次污染,在有机废水和工业废水处理 以及生活用水的治理和新能源的开发利用等方面展现出广阔的应用前景.纳米二氧化钛TiO2 是一种受到广泛关注的绿色环保材料,其光催化活性高、化学性质稳定、 价格低廉而被广泛研究和应用.本实验以钛酸四丁酯为钛源,无水乙醇为溶剂,冰醋 酸为抑制剂,采用溶胶-凝胶法来制备纳米TiO2催化剂研究了 TiO2样品在煅

2、烧过程的 相变,考察了焙烧温度和焙烧时间对纳米 TiO2的晶型、晶粒大小、比外表积和催化 活性等性质的影响,从而确定了纳米 TiO2的最正确制备工艺条件.TiO2光催化技术在环保领域有着良好的市场前景和社会经济效益.但该领域中还 存在着诸多问题需要探讨,首先是纳米 TiO2光催化剂的制备工艺问题.目前制备纳 米TiO2的方法主要分为气相法和液相法.常用气相法包括四氯化钛气相氧化法,真 空蒸发-冷凝法,四氯化钛氢氧火焰法,气体燃烧法；液相法包括沉淀法,水热和溶 剂热法,微乳液法以及溶胶-凝胶法.本文通过溶胶-凝胶法制备出TiO2纳米粒子,以 钛酸四丁酯为钛源,无水乙醇为溶剂,冰醋酸为抑制剂,经过

3、水解和缩聚形成溶胶, 再进一步缩聚得到凝胶,经陈腐、枯燥和煅烧除去有机成分后得到纳米TiO2粉体.该法制备的纳米TIO2纯度高,煅烧温度低,反响容易限制,副反响少,工艺操作简 单而具有可操作性.其次就是纳米TiO2在实际应用中的局限性.TiO2虽然具有化学稳定性、抗光腐 蚀性、平安无毒、价格低廉和较强的光催化水平,但是 TiO2的光响应范围窄：TiO2 的禁带宽度为3.2eV,能吸收波长为387nm的光波,对于波长超过400nm的可见光不产 生响应,而紫外光占太阳光谱中的比例缺乏 5%,而TiO2的量子效率缺乏20%,因此 TiO2对太阳光的吸收效率缺乏1%,使他的应用范围受到很大的限制.并且

4、由于在紫 外光照射下,半导体TiO2光催化剂中激发后产生的光生电子一空穴对在迁移至TiO2的催化剂外表前会重新复合,使其催化效率降低.所以科学家围绕TiO2纳米材料掺入其他物质以提升催化剂的光稳定性和热稳定性.常用的 TiO2改性的方法包括金属 离子掺杂、非金属离子掺杂、半导体复合、双元素共掺等.本实验通过以NHNO3为N源通过溶胶凝胶法掺杂TiO2粒子,然后通过光降解模拟污染物罗丹明 B溶液,研究 N掺杂对纳米TiO2光催化活性的影响,并最终确定最正确的掺杂比例和焙烧温度及时 间,探讨N掺杂对TiO2纳米晶形貌和光催化活性的影响.二、毕业设计论文所用的方法一.实验可行性分析1原料可行性分析：

5、冰醋酸,钛酸丁酯,无水乙醇,蒸馏水,硝酸铵等.2实验条件可行性分析：实验过程中需要用到旋转蒸发器,升降恒温水浴锅,精 密增力电动搅拌器,磁力搅拌器,台式离心机,超声清洗器,丝网印刷机,电子天平, 电热恒温鼓风枯燥箱等,实验室具备这些实验仪器.二.实验过程1用溶胶凝胶法配置不同掺合比的纳米 TiO22. 样品称量后在不同温度和时间下焙烧3. 样品的光分析4. XRD测定5. 性能测试与分析三、结果与讨论1利用XRD对纳米晶进行分析：分析所制备的样品是否有晶型,以及有什么样 的晶型；2光照15分钟到90分钟范围内,白光测定该样品的光催化效果几乎是紫光测定 时的两倍.白光测定时的降解率可以高达接近

6、90%左右.由于白光较紫光更接近于太 阳光,所以这个实验研究对更大程度的利用太阳光意义重大.四、主要参考文献与资料1 谢昆,陈 星,付 川,祁俊生纳米技术在水污染限制中的应用 M,2021.7,63802 周武艺,曹庆云,唐绍裘 提升纳米TiO2可见光光催化活性研究的进展J.硅酸盐学报,2006, 34(7):861-866;3 赵翠华,陈建华,龚竹青半导体 TiO2的光催化性能及其应用J.工业催化,2005,12:14-20;4 施利毅.?纳米材料?M.华东理工大学出版社.2007:1-55 Christophe J. Barbe, Francine Arendse, Pascal Comt

7、e,Marie Jirousek, Frank Lenzmann, Valery Shklover, and Michael Gra tzel , Nanocrystalline Titanium Oxide Electrodes for Photovoltaic Applications, Journal of the American Ceramic Society 1997.6 Hara K.,Tachibana Y.,Ohga Y.,Shinpo A., Suga S,Sayama K.,Sugihara H., Arakawa H., Dye-sensitized nanocryst

8、alline TiO2 solar cell based on novel coumarin dyes,Sol.Energy Mater.Sol.Cell,2003,7 (1) :89-103.7 Wang P.,Zakeeruddin S. M., Humphry-Baker R., Moser J. E., Gr?tzel M., Molecular-scale in terface engin eeri ng of TiO2 nano crystals:impro ving the efficie ncy and stablility of dye-sensitized solar cells Adv.Mate.2003, 15 (24) :2101-2104.8 NareshC .Saha and Hadand G .Tompkins.