理工论文-开题报告

毕业论文开题报告（理工类）设计题目Fe3O4-PAMAM-TiO2-CdS核-壳-壳结构纳米颗粒制备与表征学生姓名王允学号1111112008专业材料化学一、课题的目的与意义：随着现在工业的迅猛发展，越来越多的废水废气随之产生，给我们赖以生存的环境带来了很大的压力。传统的废水处理三部曲生物法、物理法和化学法虽能降解废水中的一些污染物，但是这三种处理方法均具有自身局限性且很难有效地去除水中浓度较低且微生物难以降解的一些有机污染物。随着研究的深入，人们发现半导体光催化剂不仅可以广泛的氧化、降解各类有机物并使之矿化生成二氧化碳和水等无机小分子，而且所使用的光催化剂具有廉价无毒及高效稳定等优点，符合国家提倡的低碳节能等环保要求。因此，光催化技术在水污染处理等环境污染治理方面拥有广泛的应用前景，特别是近年来，基于以二氧化钛、硫化镉、氧化锌等为基础的光催化剂已经被广泛地应用于彻底降解受污染的废水和空气中的有机污染物。光催化性能是纳米半导体材料的独特优越性能之一。纳米半导体材料在光照射下，把光能转化为化学能，促进物质的再次合成或使化合物降解为无污染的小分子。迄今为止，光催化机理及应用研究已经从最初的光催化分解水制氢拓展到燃料敏化太阳能电池、固氮固碳、光催化处理污水以及光催化净化环境材料等多个领域，经历了不同的发展阶段。目前，应用光催化技术的领域非常广泛，包括：(1)所涉及光化学反应的研究；(2)环境方面，如光催化环境净化材料、固氮固碳、空气净化和难以降解污染物的消减等；(3)能源方面，如光催化固氮固碳、光催化分解水制氢和光伏器件等；(4)光疗技术；(5)病毒的破坏和抑菌等领域。二、近几年来研究现状：为了提高TiO2的光催化效率，国内外学者们做了大量的科学研究工作。浙江大学陈金媛等以纳米磁性Fe3O4为载体，以钛酸丁酯(TBOT)为前躯体，采用溶胶-凝胶法在磁性Fe3O4表面包覆TiO2，制备出了一种新型纳米TiO2/Fe3O4光催化复合材料。采用XRD、TEM等多种表征手段对复合材料形貌和微结构进行分析表征：纳米TiO2以粒径范围在35～50nm的小颗粒形式生长在Fe3O4表面；对染料废水光催化降解的模拟研究表明，该复合材料对活性艳红染料的脱色率达100％。西北工业大学辛铁军等利用溶剂热法制备了单分散Fe3O4纳米粒子，以钛酸四丁酯(TBOT)为前驱体，采用溶胶-凝胶与溶剂热两步法制备了3种不同形貌的磁性核壳TiO2/Fe3O4纳米材料。然后通过扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、X射线衍射仪（XRD）、热重分析（TGA）、震动样品磁强计（VSM）等对材料的形貌、结构、磁学性能等进行表征。结果表明，TiO2在Fe3O4颗粒表面形成很好的包覆层，产物单分散性好、结晶性高、形态稳定、磁性能优良，为其在环境净化、生物、医学、能源转换与存储等领域的潜在应用提供了有利条件。中国医科大学药物分析教研室丁娅等制备了一种具有核-壳结构的Fe3O4-TiO2磁性纳米粒，并研究其光催化性质。在表面活性剂存在的条件下，采用金属盐共沉淀法制备氧化铁纳米粒，并在其表面包覆二氧化钛外层，形成具有壳-核结构的磁性纳米粒子。利用透射电镜和扫描电镜技术对其形貌进行表征，以罗丹明B作为模型分子对其光催化性质进行研究。制得的Fe3O4-TiO2纳米粒在常温下具有磁性，可从溶液中通过永久磁铁对富集于纳米粒的有机分子或药物进行简单而有效的分离，并且对罗丹明B分子具有良好的光催化作用，有望作为有机分子或药物富集、分离和光降解的纳米材料。天津大学运用化学沉淀法制备CdS/TiO2复合纳米粒子，在60℃恒温水浴和磁力搅拌下，在酸性条件下制备CdS纳米粒子然后调节pH值，在碱性条件下在CdS表面包一层TiO2纳米粒子，然后在紫外光的照射下运用CdS/TiO2复合纳米粒子对罗丹明B进行光催化降解，以CdS纳米粒子和TiO2纳米粒子为对照组的情况下测试不同复合比的CdS/TiO2复合纳米粒子在对罗丹明B的光催化降解效率，实验证明CdS的加入可有效提高催化剂在可见光领域的光催化活性。2002年澳大利亚UVSW大学首次提出了纳米TiO2直接包覆于磁核表面的假设，在酸性条件下进行醇钛盐的水解和冷凝，低温合成晶体TiO2，使无定形的TiO2转变到光活化相，这种粒子不仅具有光活性，而且很容易在外磁场中得到分离。此外，DoniaBeydoun和RoseAmal还研究了热处理对磁性TiO2/Fe3O4光催化剂的影响，在高温下对制备的粒子热处理，使得无定形TiO2变成具有光催化性能的晶体相，使其具备更高的催化活性和耐热性。低温液相合成方法的方法有很多优点，例如低温液相合成法不用高温煅烧可以节省很多燃料，在液相中不会产生废气，合成的产品可以直接使用不用再次加工。另外我们还加入了树形分子做模板是纳米粒子分散的更加均匀，可以很好地防止纳米粒子的凝聚作用。三、设计方案的可行性分析和预期目标：(1)以PAMAM树形分子为模板的基础上，在Fe3O4核外延生长一层TiO2壳然后在TiO2表面再包一层CdS以提高其在可见光范围内的光催化活性，要求粒子粒径在纳米尺度，粒径分布均匀，能很好的分散在载液中，而且有较好的磁性能(2)研究影响粒子粒径的主要因素：Fe与PAMAM的比、铁/钛摩尔比值、钛/镉摩尔比值、温度、pH值、搅拌方式等进行讨论，确定最佳制备条件(3)通过紫外-可见光性能测试（UV-vis）红外光谱（IR）、X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、Zeta电位和磁性能测试对所制备的光催化剂内部形貌、微观结构和性能进行分析和表征。四、所需要的仪器设备、材料：材料：FeSO4·7H2O、FeCl3·6H2O、TiCl4、Cd(Ac)2、Na2S、硫酸、浓盐酸、钛酸丁酯、无水乙醇、PAMAM、二次蒸馏水设备仪器：PH计、超声波清洗仪、离心清洗机、机械搅拌器、恒温水浴锅、旋转蒸发仪、电子天平、真空烘箱、冷冻干燥机、Zeta电位分析仪、傅里叶红外光谱仪、透射电子显微镜、X射线衍射仪、紫外分光光度计、球磨机。五、课题分阶段进度计划：序号起止日期工作内容阶段成果11-2周查看国内外文献，了解目前研究现状，外文翻译完成开题报告，制作开题报告ppt23周着手开始写综述与开题报告3