毕业论文表格黄成龙

1、学号20075053010本科毕业论文学 院 化学化工学院 专 业 化学工程与工艺 年 级 2007级 姓 名 黄成龙 论文题目 氮掺杂对膨润土负载TiO2光催化活性的影响 指导教师 杨莹琴 职称 教授 2011年 5 月 15日目 录摘 要1关键词1Abstract1Key Words1前言11实验部分21.1试剂与仪器21.2复合光催化剂的制备2 N/TiO2溶胶的制备2插层膨润土负载N/TiO2复合光催化剂的制备21.3光降解实验31.4复合催化剂的红外吸收光谱(IR)测定32 结果与讨论32.1催化剂的结构和形貌表征32.2制备条件对复合光催化剂性能的影响42.2.1 不同焙烧温度对光

2、催化效果的影响4 不同Ti :N比对光催化效果的影响52.2.3不同催化剂用量对光降解的影响5 不同光照时间对光降解的影响6 不同降解物浓度对光降解的影响73 结论7参考文献7 信阳师范学院本科学生毕业论文（设计）开题报告姓 名性别学 号专 业年 级黄成龙男20075053010化学工程与工艺2007级题目氮掺杂对膨润土负载TiO2光催化活性的影响选题意义及主要内容内容：纳米TiO2利用太阳光降解水体有机污染物质是一项非常有前途的水处理技术，目前TiO2光催化降解污染物的研究工作主要处于试验阶段，对纳米TiO2光催化剂的研究主要集中在两个方面：第一个方面：纳米TiO2光催化剂合成工艺的研究。第

3、二个方面：纳米TiO2光催化剂催化性能提高的研究。意义：本文以合成掺杂改性后的纳米TiO2光催化剂的光催化性能为研究对象，研究掺杂对催化剂光催化活性的影响，并通过对比降解亚甲基蓝溶液来验证纳米TiO2光催化剂的性能。思路及方法1.以钛酸四丁酯为钛源，以饱和尿素溶液为氮源对二氧化钛进行掺杂。2.利用有机膨润土负载N/TiO2以制备纳米TiO2光催化剂。3.利用亚甲基蓝溶液模拟有机废水对纳米TiO2光催化剂光催化性能进行研究。指导教师意见该生完成了文献资料的查阅，拟定了实验方案；本方案具体、合理、可行，同意开题。系(院)意见 系（院）领导签名： 2011年 月 日信阳师范学院本科学生毕业论文中期检

4、查表系 (院)：化学化工学院 专业： 化学工程与工艺 年级: 2007级 题 目氮掺杂对膨润土负载TiO2光催化活性的影响学 号20075053010姓名黄成龙指导教师杨莹琴职称教授计划完成时间：2011年5月15号论文（设计）的进度计划：2011年2月26日3月16日 查找文献资料,拟定写作提纲2011年3月17日3月31日 拟定实验方案，完成开题报告2011年4月1日4月29日 按照实验方案进行实验并对实验条件进行优化2011年4月30日5月14日 整理实验数据写作论文2011年5月15日 最后定稿2011年5月23日 论文答辩已经完成的内容：完成了相关文献的收集、分析工作，了解所开展课题

5、的意义，对国内外在此领域研究的进展有初步的了解；撰写出开题报告及实验计划；采用以钠基膨润土为原料制备出了有机土，并研究了降解物浓度，煅烧温度，Ti:N比值，光催化剂用量，光催化时间对吸附性能的影响。指导教师意见：完成了文献查阅工作，对复合膨润土的制备方法及影响因素有了初步的了解；开题报告完善，并按时完成了预定的实验工作。指导教师签名： 2011年4月10日备注：氮掺杂对膨润土负载TiO2光催化活性的影响姓名:黄成龙 学号:20075053010化学化工学院 化学工程与工艺指导教师:杨莹琴 职称:教授摘 要: 采用溶胶-凝胶法制备有机膨润土负载N/TiO2复合光催化剂；并用IR等测试手段对复合光

6、催化剂的组织构造、表面性质及晶体结构表征。讨论了焙烧温度、Ti:N比值、光照时间、催化剂用量、废水浓度等因素对光催化剂的降解性能的影响。结果表明：烘干温度80，焙烧温度为300，焙烧时间为4h，光照时间为25min，催化剂用量为0.002g/mL时，复合光催化剂在可见光下的降解效果最好，降解率达到97.71%。关键词: 有机膨润土；复合光催化剂；亚甲基兰；降解率Abstract: Prepared by sol-gel gel legal organic bentonite load N/TiO2 composite light catalyst, Tests by IR means of c

7、ompound of photocatalyst surface properties and organizational structure, crystal structure characterization. discussed the roasting temperature, Ti:N, illumination time, catalyst dosage, the degradation of optical catalyst concentration of wastewater properties. Results show that drying temperature

8、 80, roasting temperature for 300, roasting time for 4h, illumination time for 35min catalyst for 0.002g/mL, synthetic compound catalysts in the light the degradation of visible light works best, degradation rate reached 97.71%. Key Words: organic bentonite; Compound photocatalyst; Methyl radical or

9、chid; degeneration rate前言近年来，对半导体光降解催化研究一直是众多学者探讨的热点。TiO2作为一种重要的半导体材料，由于其具有无毒、化学性质稳定、催化活性高以及抗氧化能力强等优点而备受青睐。但是TiO2用作光催化剂有两大缺陷，其一，TiO2是一种宽带隙半导体材料，只能用紫外光激发，而太阳光中紫外光的含量不到5，故太阳能利用率很低；其二，TiO2处理废水大多采用悬浮分散法，悬浮的微小粒子阻挡光线的吸收，而且回收和循环使用困难1-2。负载型光催化剂具有易分离、易回收、易再生等特点而备受青睐。常用的载体有活性炭、玻璃纤维、沸石等。有机膨润土具有较大的层间距，可为负载提供场所，

10、并具有良好的吸附性能，同时在TiO2晶格掺杂过渡金属,使TiO2 禁带内产生一个内禁带，由于内禁带与TiO2的导带距离近，因而可诱导吸收可见光，使可见光的利用率大幅度提高，从而弥补了单独使用TiO2的不足3-4。本实验以有机膨润土为载体，以钛酸四丁酯为钛源，以饱和尿素溶液为氮源，通过溶胶凝胶法合成有机膨润土掺氮TiO2光催化剂5，利用I R对光催化剂进行组织构造和微观结构表征；并考察该光催化剂在不同实验条件对亚甲基蓝溶液降解性能6。 天然膨润土有很大的表面积，巨大的表面积伴随产生巨大的表面能，使其具有较大的吸附能力，但由于膨润土表面硅氧结构极强的亲水性及层间阳离子的水解，且膨润土在水中具有膨胀

11、性、分散悬浮性和亲水性等特性，故未经改性的膨润土吸附处理印染废水时，效果较差，特别是固液分离速度慢，直接影响了其实际应用7。而有机膨润土却很好的改变这一缺点。故用有机膨润土负载N/TiO2作为光催化剂既具有膨润土的吸附性能又具有TiO2的催化降解性能。1实验部分1.1试剂与仪器钛酸四丁酯（分析纯，天津市光复精细化工研究所提供）；无水乙醇（分析纯，天津市博迪化工有限公司提供）；尿素（分析纯，天津市凯通化学试剂有限公司）；浓硝酸（分析纯，南召县化工厂）；氢氧化钠（分析纯）；有机膨润土（信阳华星膨润土有限公司提供）；亚甲基兰（化学纯，天津市光复精细化工研究所提供）。PE-680型红外光谱仪（美国PE

12、公司）；台式高速离心机（上海安亭科学仪器厂）；101型电热鼓风干燥箱（北京中兴伟业有限公司）；JJ-1定时电动搅拌器（江苏金坛市中大仪器厂）；UV-754分光光度仪；箱式电阻炉；马头牌JYT-5架盘药物天平（中国上海医用激光仪器厂）；电子天平（上海精天电子仪器有限公司）。1.2复合光催化剂的制备 N/TiO2溶胶的制备（1）本实验采用溶胶-溶胶法。量取40mL无水乙醇、20mL钛酸四丁酯，滴加几滴冰醋酸磁力加热搅拌2h混合均匀，制得溶液A。（2）量取10mL尿素溶液，20mL无水乙醇，加热混合均匀2h后得溶液B。在搅拌状态下将B以体积比1：2缓慢滴加到A中，滴加几滴硝酸调pH值至3，继续搅拌0

13、.5h至凝胶。有机膨润土负载N/TiO2复合光催化剂的制备 称取3.5g有机膨润土，在搅拌状态下加到上述N/TiO2溶胶中，继续搅拌0.5h，后静置1h，在干燥箱里于80下干燥3小时后，研磨至尽量细小的颗粒，再于马弗炉中焙烧，即得到Ti:N比为1：1的光催化剂。按照此种方法制备得到烘干后的产物在马弗炉置于不同温度下焙烧4h得到一系列复合催化剂8。1.3光降解实验取20mL浓度为5mg/L的亚甲基兰溶液置于锥形瓶中，称量复合光催化剂100mg，磁力搅拌，保持光催化剂处于悬浮状态可与亚甲基兰充分接触。在自然光下照射35min，测定其吸光度，其方法如下：有些染料在紫外灯的照射下可直接分解，因此，有必

14、要测试一下在无催化剂或无紫外光照射下染料降解程度，即进行空白实验作为光催化降解的参照。通过紫外分光光度计在紫外和可见光区域对亚甲基兰溶液进行全程扫描，确定其最大吸收波长为640nm，根据样品在640nm处吸光度变化求得降解率R9：式中A。和A分别为样品在640nm处的初始吸光度和降解后的吸光度。有机膨润土负载N/TiO2光催化剂降解亚甲基兰溶液在波长640nm下，是因为亚甲基兰溶液的最大吸收波长为640nm。按照此法求出亚甲基兰的降解率。然后将其它不同焙烧温度的样品也按此方法分别测它们对亚甲基兰的降解效果，选出其中性能最好的一份样品。用制备光催化剂的相同方法分别制备Ti:N比为1：2，2：1，

15、3：2，4：3的样品10。并在最佳样品的焙烧温度下焙烧4h，找出最佳降解率下的Ti:N比。在此Ti:N比下用降解较好的催化剂，对5mg/L的亚甲基兰溶液进行降解，找出一个最佳光照时间、催化剂用量、降解物浓度。1.4 复合催化剂的红外吸收光谱(IR)测定实验仪器为美国Perkin-Elmr公司的PE-680型红外光谱仪,采用溴化钾压片,在(4000400)cm-1范围内摄谱。2 结果与讨论2.1催化剂的结构和形貌表征1掺杂前的有机膨润土 2掺杂后的光催化剂图1 有机膨润土与光催化剂的IR图Fig.1 IR pattern of organic bentonite and photocatalys

16、ts由图1可知，当N元素和TiO2复合后，样品在40001500cm-1范围内有较宽的吸收带，这是由于样品表面吸附水的HO键振动吸收所致，说明N/TiO2具有较强的解离吸附水的能力；并且在800400cm-1范围内的吸收增强，这是由于NO、TiO以及新生成的NOTi键振动共同作用的结果。样品在40001500cm-1 吸收最强，说明吸附水有所增加，并且在1000400cm-1范围内的吸收带宽化，可见，样品的红外吸收性能比较好。2.2 不同因素对复合光催化剂性能的影响 不同焙烧温度对光催化效果的影响其它条件不变，只改变焙烧温度，制得一系列复合材料并进行降解实验。利用亚甲基兰的降解实验考察复合光催

17、化剂的催化效果11。实验结果如图2： 图2 复合材料的不同焙烧温度和降解率的关系Fig.2 compound materials different roasting temperatures and percent of decolorization relations由图2可以看出，废水降解率随焙烧温度的上升先增高后降低，焙烧温度为300时废水降解率达到最大值。焙烧温度大于300时，降解率降低，催化剂逐渐失活。说明热处理温度对TiO2晶相结构、颗粒尺寸及表面性质都有一定影响 。焙烧温度低于300时，催化活性较低；焙烧温度超过300时，由于TiO2颗粒尺寸增大，因此催化活性显著降低。故在焙烧

18、温度为300左右时，复合光催化剂的催化性能最佳，降解率达97.71%。所以焙烧温度不可过高也不能太低，要适中。 不同Ti :N比对光催化效果的影响本实验通过相同的制备复合光催化剂的方法，分别制取Ti :N比为1：1，1：2，2：1，3：2，4：3的样品并在300下焙烧4h，各取样品100mg，亚甲基蓝溶液20mL，分别置于五个锥形瓶中光照35min，考察不同Ti:N比对亚甲基兰的光降解情况12。实验结果如图3：8890929496981001:21:14:33:22:1Ti:N降解率（）图3 复合材料不同Ti：N比与的降解率的关系Figure3 composites with differen

19、t Ti: N degradation rate than the relationship 由图3可以看出，不同Ti:N比的样品在相同的条件下对亚甲基蓝溶液的降解率各不相同。Ti:N比为1：1时降解率达到最大值。Ti:N比大于或小于1：1时降解率逐渐下降，说明不同量的N元素的掺杂对TiO2晶相结构产生影响。所以Ti:N比为1：1时复合光催化剂的催化性能最佳，降解率达97.71。不同催化剂用量对光降解的影响称取最佳Ti:N比为1：1最佳焙烧温度为300的催化剂样品分别为20mg，40mg，60mg，80mg，100mg，各取亚甲基蓝溶液20mL，光照35min，离心5min，考察亚甲基兰的光降

20、解情况。实验结果如图4： 9697989910020406080100催化剂用量（mg）降解率（）图4 不同催化剂用量与光降解效果的关系Figure 4 different degradation effects of catalyst and light the relationship 由图4知道，催化剂用量在40mg时对5mg/L的亚甲兰溶液的降解效率高。降解率随催化剂用量的增多而先变大后变小的原因可能为：复合光催化剂具有吸附和降解两方面作用。催化剂用量较少时，吸附完全，但降解效率较低；而用量较多时，主要表现为吸附功能，溶液浑浊，透光性较差，所以光催化降解率不大13。因此在选择催化剂用量

21、时并不是多多益善，总有一个最佳值。 不同光照时间对光降解的影响称取Ti：N比为1：1焙烧温度为300的催化剂样品各40mg，以光照时间为5min，15min，25min，35min，45min为研究变量。取亚甲基蓝溶液20mL，光照35min，离心5min，考察亚甲基兰的光降解情况。实验结果如图5：图5 不同光照时间与光降解效果的关系Figure 5 different illumination time and photodegradation effect relationship 从图5可以看出，随着光照时间的增加，降解率也在增加。这是因为光催化降解废水的实质就是具有强氧化性的羟基自由基

22、氧化过程，使其最终变成二氧化碳和水。随着紫外光光照时间的增加，会使TiO2表面产生更多的电子空穴对，根据TiO2光催化氧化的机理，最终产生的具有高活性的羟基自由基(·OH)的数量也增多，这样有利于其对废水中有机物的破坏14。所以随着光催化时间的延长，亚甲基蓝降解率会逐渐升高。但当光照时间超过25min以后，其降解率变化不太明显。所以，选择25min为光降解的最佳反应时间。 不同降解物浓度对光降解的影响称取Ti：N比为1：1，焙烧温度为300的催化剂样品各40mg，以亚甲基蓝溶液浓度为2.5mg/L,5mg/L,10mg/L,20mg/L,30mg/L为研究变量。取亚甲基蓝溶液20mL

23、，光照25min，离心5min，考察亚甲基兰的光降解情况15。实验结果如图6： 图6 不同降解物浓度与光降解效果的关系Figure 6 different degradants concentration and photodegradation effect relationship 3 结论(1)利用溶胶凝胶法将N元素掺杂到TiO2晶格中制备N/TiO2光催化剂，再用有机膨润土负载N/TiO2光催化剂，实验证明插层膨润土负载N/TiO2复合光催化剂光催化效率高，易于分离，是一种良好的光催化降解催化剂。(2)实验用所制备的复合材料处理5mg/L的亚甲基兰染料模拟废水，通气搅拌、光照25min

24、，其降解率达97.71，比单独的N/TiO2和有机膨润土在相同条件下降解效果要好。因此N/TiO2复合光催化材料同时具备有机膨润土的吸附性能和N/TiO2的光催化降解作用。从降低治理成本，提高原料利用率上考虑，插层膨润土负载N/TiO2复合光催化材料具有一定优越性，有望在废水处理中推广使用。参考文献1 王学刚, 刘金辉. TiO2可见光降解水中污染物的研究进展J. 环境科技, 2008, 21(6): 49-52.2 Hoff man M, Martin S L, Choi W, etal. Environmental Appfications of Semi-conductor Photoc

25、atalysis J. Chem Rev, 1995, 95( 1 ): 69-96. 3 张明, 曾明礼, 车涛. 微加热法制备TiO2膨润土复合光催化材料J. 工业催化, 2004, 12(12):42-45.4 肖义, 党利琴, 安利珍. 中孔石墨碳负载TiO2复合材料光催化降解罗丹明B和苯酚J. 催化学报, 2008 , 29（1）: 31-36 .5 闵浩, 李春燕, 刘振鸿. N掺杂TiO2光催化剂的制备及其H2O2改性的研究J. 化工环保, 2009, 29(5): 468-470. 6 杨莹琴, 陈慧娟, 吕一军. 插层膨润土负载掺铁TiO2催化剂的制备及其对亚甲基蓝的光降解J

26、.非金属矿, 2010, 33(3): 68-71.7 陈国威, 尹先清. 油田采出水处理现状与发展趋势J. 工业水处理, 2002, 22(12): 13-15.8 王岳俊, 唐建军, 周康根. N掺杂TiO2光催化剂的制备与表征J. 应用化工, 2007, 4, 36(4): 348-349.9 杨莹琴, 陈慧娟，吕一军. 插层膨润土负载掺铁TiO2催化剂的制备及其对亚甲基蓝的光降解J. 非金属矿, 2010, 5, 33(3): 69-70. 10 Zhu Jiefang, Zheng Wei, He Bin, eta1. Characterzation of Fe-TiO2 photo

27、catalysts synthesized by hydrothermal methodand their photocatalyti creactivity for photodegratation of XRG dye diluted in water, J Molecul Catal A Chem, 2004, 216: 35-43. 11 唐玉朝, 黄显怀, 俞汉青. N掺杂TiO2光催化剂的制备及其可见光活性研究J. 无机化学学报, 2005, 11, 11(21): 1748-1750.12 闵浩, 李春燕, 刘振鸿. N掺杂TiO2光催化剂的制备及其H2O2改性的研究J. 化工环

28、保, 2009, 29(5): 469-471.13 侯晋朝, 刘月娥, 甄卫军, 等. 改性膨润土负载纳米TiO2光催化剂制备及催化性能研究J. 非金属矿, 2008, 31(3): 45-48.14 胡娟, 邓建刚, 何水样, 等. 纳米级二氧化钛制备方法的比较研究J. 材料科学与工程, 2001, 19(4): 71-74.15 王岳俊, 唐建军, 周康根. N掺杂TiO2光催化剂的制备与表征J. 应用化工, 2007, 36（4）: 350-352.信阳师范学院本科毕业论文（设计）指导教师评语表姓 名性别专 业班 级黄成龙男化学工程与工艺2007级 论文题目氮掺杂对膨润土负载TiO2光

29、催化活性的影响指导教师评语本文阐述了膨润土负载型氮掺杂TiO2光解催化剂的制备，并研究了光催化的反应时间、催化剂的用量、溶液的浓度、焙烧温度、不同Ti:N比值等因素对光催化性能的影响。论文的写作过程中，该生查阅了大量相关文献，多次与指导老师讨论交流观点，逐步对论文的整体脉络有清晰的了解。严格按照实验相关要求完成实验，文格式规范，内容完整。评 价 项 目分值得分选题质量（25分）1选题符合专业培养目标，体现综合训练基本要求8分2题目难易度5分3题目工作量5分4理论意义或实际价值7分能力水平（30分）5查阅文献资料能力6分6综合运用知识能力6分7研究方案的设计能力6分8研究方法和手段的运用能力6分

30、9外文应用能力6分成果质量（45分）10文题相符9分11写作水平9分12写作规范10分13篇幅9分14成果的理论或实际价值8分合 计 得 分指导教师签名： 2011年5月16日信阳师范学院本科毕业论文（设计）评阅人评议表姓 名性别专 业班 级黄成龙男化学工程与工艺2007级化工班论文题目氮掺杂对膨润土负载TiO2光催化活性的影响评阅人评语论文符合学校规定的毕业论文撰写格式要求，思路层次清晰，概括全面准确，条理清楚，逻辑性强。该生能熟练运用本专业所必须的基础理论和基本专业知识，分析问题，解决问题；图表清晰，数据准确，研究成果具有一定的科研价值。评 价 项 目得分毕业论文（设计）书写规范分（计15

31、分）格式规范，符合学校规定的毕业论文（设计）撰写格式要求。毕业论文（设计）文字表达基本要求分（计15分）语句通顺、流畅；标点符号、语法正确；叙述简明扼要；思路层次清晰，概括全面准确；重点突出。毕业论文（设计）正文或设计图面质量分（计55分）对于研究课题能熟练运用本专业所必须的基础理论和基本专业知识，分析问题，解决问题；理论、公式正确；概念清楚，应用合理；层次清晰；逻辑性强；论证严密，计算准确全面；图表质量好。毕业论文（设计）创造性分（计15分）研究成果具有一定水平，得出创造性结论，在某些领域获得初步进展。同行阅读毕业论文（设计）后能感到作者的研究工作具有一定的学术和实用价值，体现出很好水平。

32、合 计 得 分评议人签名： 2011年5月16日信阳师范学院本科毕业论文（设计）答辩记录表1. 膨润土结构是什么？答：膨润土是以蒙脱石为主要矿物成分的铝硅酸盐。其结构是由两层硅氧四面体，夹一层铝氧八面体构成的2：1型晶体结。由于八面体中部分Al3+被Mg2+置换，四面体中部分Si4+被Al3+置换，故膨润土层状结构间带有永久性负电荷，含有Ca2+，Mg2+，Na+，K+等可交换阳离子，可通过与其他阳离子的交换反应生成各种改性产物。2. 纳米TiO2光催化剂的研究的主要集中在哪些方向？答：前TiO2光催化降解污染物的研究工作主要处于试验阶段，对纳米TiO2光催化剂的研究主要集中在两个方面：第一个

33、方面：纳米TiO2光催化剂合成工艺的研究。第二个方面：纳米TiO2光催化剂催化性能提高的研究。3. 常用的氮掺杂技术有那些，你选用的什么何种方法，为什么？答：氮掺杂技术主要包括溅射法、水解法、高速球磨机械力化学法、气相沉积法、气相渗入法和溶胶凝胶法等。我选择的是溶胶凝胶法，因为与固相反应相比，该化学反应容易进行，而且仅需要较低的合成温度，并且溶胶凝胶体系中组分的扩散在纳米范围内，而固相反应时组分扩散是在微米范围内，因此溶胶凝胶体系很容易均匀定量地掺入一些微量元素，实现分子水平上的均匀掺杂。答辩主持人杨莹琴 答辩记录人董磊 答辩时间： 2011年5月23日 信阳师范学院本科毕业论文（设计）成绩评审表姓 名性别专 业班 级黄成龙男化学工程与工艺2007级化工班论文题目氮掺杂对膨润土负载TiO2光催化活性的影响答辩评审意见本文阐述了膨润土负载型氮掺杂TiO2光催化剂的制备，并研究了光催化的反应时间、催化剂的用量、溶液的浓度、焙烧温度、不同Ti:N比值等因素对光催化性能的影响。论文格式规范，条理清晰，思维严谨,概念准确,具有独到的见解，并且有一定的创新性结果。经答辩小组评议，该论文达到学士毕业论文水平。答辩小组组长签名： 2011年5月23日 评 价 项 目评 价 内 容报告内