燕山大學(xué)化工開題報(bào)告

《燕山大學(xué)化工開題報(bào)告》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。

1、燕山大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告課題名稱：TiO2-石墨烯復(fù)合材料的制備及光催化性能的研究學(xué)院（系）：里仁學(xué)院年級(jí)專業(yè)：08級(jí)化工一班學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：完成日期：2012年3月13日一、綜述本課題國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)，說(shuō)明選題的依據(jù)和意義眾所周知，印染、化工、制藥、造紙、冶金等行業(yè)廢水中含有的大量有機(jī)污染物嚴(yán)重威脅著自然生態(tài)環(huán)境。目前降解水中有機(jī)污染物的污水處理技術(shù)主要有液膜分離法[1]、氣液兩相放電法[2]、生物化學(xué)法[3]、高級(jí)氧化法[4]、顆粒活性炭法[5]等，成本過(guò)高及二次污染等問(wèn)題一直困擾著人們，因此開發(fā)一種新型綠色環(huán)保價(jià)格低廉的新技術(shù)

2、就顯的尤為重要[6]。半導(dǎo)體材料具有半導(dǎo)體材料具有特殊高效的光催化性能，可將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，在環(huán)境保護(hù)尤其是廢水處理方面具有廣泛的應(yīng)用前景。在眾多半導(dǎo)體材料中，TiO2由于其具有催化活性好、穩(wěn)定性強(qiáng)、無(wú)毒等優(yōu)點(diǎn)，成為研究的熱點(diǎn)1976年，Carey等人[7]報(bào)道了在紫外光照射下，納米TiO2可使多氯聯(lián)苯脫氯。這項(xiàng)開拓性的工作為光催化在降解水中污染物方面的發(fā)展奠定了一定的基礎(chǔ)。l987年，Mattews等人[8]利用TiO2對(duì)水中3、4種有機(jī)污染物進(jìn)行處理，發(fā)現(xiàn)最終產(chǎn)物是CO2和H2O等小分子物質(zhì)。至今，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有3000多種難降解的有機(jī)化合

3、物可以在紫外光照射下被TiO2迅速降解，尤其是在對(duì)高濃度和難生化降解的有機(jī)物廢水的處理方面，這種光催化降解技術(shù)具有更加明顯的優(yōu)勢(shì)[9]。TiO2是一種寬帶隙半導(dǎo)體(3．2eV，anatase)。只吸收紫外光，而紫外光在太陽(yáng)光中只占很少一部分所以改善TiO2,半導(dǎo)體材料在可見光區(qū)域的吸收可提高其光催化活性。摻雜是提高TiO2，在可見光區(qū)域的吸收以及光催化活性的有效途徑之一。其中非金屬摻雜如C、N、S等的摻雜均有報(bào)道。這些摻雜離子進(jìn)入銳鈦礦型TiO2晶格，占據(jù)氧位置，或成為間隙離子，降低帶隙寬度，或形成雜質(zhì)能級(jí)，使摻雜后TiO2的光吸收擴(kuò)展至可見光區(qū)

4、域。影響TiO2光催化活性的另一個(gè)重要因素是光生電子-空穴的復(fù)合，由于光激發(fā)TiO2產(chǎn)生的電子空穴對(duì)極易復(fù)合，所以降低光生載流子的復(fù)合也可以提高TiO2光催化效率。研究發(fā)現(xiàn)，半導(dǎo)體材料如（CdS）等與TiO2復(fù)合或者貴金屬納米顆粒修飾也可以提高光生載流子分離效率及光吸收率從而提高TiO2光催化效率[10]。二、研究的基本內(nèi)容，擬解決的主要問(wèn)題石墨烯是由碳原子通過(guò)sp2雜化構(gòu)成的單層蜂窩狀二維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)[11],由于石墨烯優(yōu)異的電學(xué)、光學(xué)和機(jī)械性能，以及石墨烯廣泛的應(yīng)用前景，石墨烯的發(fā)現(xiàn)者Geim教授和Novoselov博士被授予2010年度諾貝爾獎(jiǎng)

5、[12]。石墨烯的發(fā)現(xiàn)對(duì)當(dāng)時(shí)的物理認(rèn)知產(chǎn)生了巨大沖擊同時(shí)點(diǎn)燃了希望,作為一種獨(dú)特的二維晶體，石墨烯有著非常優(yōu)異的性能：具有超大的比表面積理論值為2630m2/g[13]機(jī)械性能優(yōu)異楊氏模量達(dá)1.0TPa[14]熱導(dǎo)率5300Wm-1K-1是銅熱導(dǎo)率的10多倍幾乎完全透明對(duì)光只有2.3%的吸收在電和磁性能方面具有很多奇特的性質(zhì)如室溫量子霍爾效應(yīng)[15-16]雙極性電場(chǎng)效應(yīng)鐵磁性、超導(dǎo)性及高的電子遷移率這些優(yōu)異的性質(zhì)使得石墨烯在晶體管太陽(yáng)能電池、傳感器、超級(jí)電容器、場(chǎng)發(fā)射和催化劑載體等領(lǐng)域有著良好的應(yīng)用前景制備高質(zhì)量的石墨烯和促進(jìn)石墨烯的應(yīng)用是石墨烯

6、領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[17]。目前，國(guó)內(nèi)外石墨烯的主要制備方法有機(jī)械劈裂法、外延晶體生長(zhǎng)法、化學(xué)氣相沉積法、氧化石墨的熱膨脹和還原方法。還有其它一些制備方法也陸續(xù)被開發(fā)出來(lái)，如氣相等離子體生長(zhǎng)技術(shù)，靜電沉積法和高溫高壓合成法等。其中氧化石墨還原法制備的石墨烯成本較低，最有可能實(shí)現(xiàn)石墨烯規(guī)?；苽洹＿@種方法得到的為石墨烯氧化物(GO),還需要進(jìn)一步還原才能得到石墨烯。通常使用化學(xué)方法，如肼或者硼氫化鈉使石墨烯還原，而這種方法向溶液中引入了雜離子，并有較大毒性，不利于石墨烯的進(jìn)一步應(yīng)用。我們擬采用TiO2光催化還原石墨烯氧化物，得到一種TiO2-石墨烯復(fù)合

7、納米材料，再以此為光催化劑，來(lái)降解有機(jī)污染物。前面講過(guò)，石墨烯具有非常良好的導(dǎo)電性，TiO2光照后產(chǎn)生的光生電子會(huì)轉(zhuǎn)移到石墨烯上，從而提高電子和空穴的分離，進(jìn)而提高TiO2的光催化活性。本實(shí)驗(yàn)主要是想要探索將石墨烯與二氧化鈦復(fù)合后產(chǎn)生的復(fù)合材料對(duì)于有機(jī)物光降解的效果。三、研究步驟、方法及措施本實(shí)驗(yàn)采用Hummers方法制得氧化石墨烯再用TiO2水溶膠將其還原得到復(fù)合的材料在進(jìn)行表征最后進(jìn)行降解有機(jī)物性能研究。1.先將天然石墨用Hummers方法[18]氧化成氧化石墨2.TiO2納米材料溶膠凝膠法的制備溶膠—凝膠法一般以鈦醇鹽及其相應(yīng)的溶劑為原料加

8、入少量水及不同的酸和絡(luò)合劑等，經(jīng)攪拌和陳化制成穩(wěn)定的無(wú)色透明水溶膠[19]。1.將上述制得的原料以一定比例在超聲下混合均勻，在進(jìn)行光催化