铈掺杂纳米TiO2光降解农药性能的研究开题报告.doc

届本科毕业设计（论文）开题报告题 目 铈掺杂纳米TiO2光降解农药性能的研究 学 院 年 级 专 业 班 级 学 号 姓 名 校内导师 职 称 校外导师 职 称 毕业设计(论文)题目铈掺杂纳米TiO2光降解农药性能的研究一、课题的目的和意义：目的：农药废水处理的目的是降低农药生产废水中污染物浓度，提高回收利用率，力求达到无害化，不过处理技术尚不完善。目前，我国农药品种很多，其中80是有机磷农药，有机磷农药广泛应用于农业生产。农业上施用农药以后，农药会不断地从施药区向周围的空气、土壤等环境扩散，产生污染和危害。铈掺杂纳米TiO2的光催化活性远高于普通TiO2粉末，既可作为还原催化剂也可作为氧化剂，铈掺杂纳米TiO2光催化氧化技术利用自然光或在紫外光的照射下，催化分解细菌和污染物，使水中的有机污染物彻底氧化降解为CO2成对水中污染物的清除。通过研究不同条件下铈掺杂纳米TiO2材料的光催化降解农药的效率，从而进一步提高纳米材料的使用价值，达到最大的经济利用效益，也是对环境的另一种保护。意义：近几年，稀土掺杂纳米TiO2作为光催化剂降解农药污染物的研究引起了各国的重视，国内外有不少报道，被降解农药已涉及到杀虫剂、除草剂、杀菌剂、生长调节剂及农药助剂。迄今为止，已发现有数百种有机污染物可通过纳米TiO2的光催化氧化降解为无害的CO2和H2O。该技术工艺简单、成本低廉，降解污染物速度快，降解有机污染物的范围广，氧化条件温和而且无二次污染、能长期有益于生态自然环境、是最具有开发前景的绿色环保技术之一，同时应用范围较广。铈掺杂纳米二氧化钛光催化降解材料已经逐步受到研究者的青睐，通过对市售有机磷农药敌敌畏降解研究，以期为农药废水的降解研究提供参考。二、课题研究的主要内容（论文提纲）： 1.引言 1.1现今农药废水的污染现状 1.2农药废水处理方案 1.2.1物理法 1.2.2化学法 1.2.3生物法 1.3纳米TiO2光催化降解 1.3.1纳米TiO2光催化降解农药的机理 1.3.2纳米TiO2光催化降解农药的研究现状 1.3.3纳米TiO2光催化降解农药的影响因素 1.4铈掺杂纳米TiO2 1.4.1稀土掺杂纳米TiO2的概况 1.4.2稀土掺杂纳米TiO2的制备 1.4.3稀土掺杂纳米TiO2的优势 1.4.4双稀土掺杂纳米TiO22.实验部分 2.1仪器与试剂 2.2实验步骤 2.2.1实验准备 2.2.2铈掺杂TiO2纳米粉体的制备 2.2.3XRD表征 2.2.4红外光谱分析 2.2.5比表面积分析 2.2.6光催化降解敌敌畏溶液 2.2.7降解率的测定3.结果与讨论 3.1XRD分析 3.2比表面积分析 3.3红外光谱分析 3.4光降解过程的影响因素 3.4.1催化剂投入量对降解率的影响 3.4.2敌敌畏溶液起始浓度对降解率的影响 3.4.5光降解时间对降解率的影响 3.4.6光催化降解的PH对降解率的影响 3.5稀土共掺杂对Ce-TiO2材料光催化降解敌敌畏溶液的影响4.结论3、 文献检索及参考文献目录(列明文献检索的数据库名称及检索策略，参考文献至少15篇以上）： 参考文献：1赵丽萍.农药废水治理技术与研究进展J.环境化学，2013，03：40-412陈平，阚连宝.农药废水处理技术现状及发展趋势J.广东化工，2013，2（40）：63-653叶蓓蓉，姚日生，边侠玲.农药生产废水处理技术与研究进展J.工业用水与废水，2009,04：23-264陈东海，操庆国.中国农药废水处理技术现状J.北方环境，2004,29(6),43-46统一用半 角状态5杨爽，江浩，张雁秋. 湿式氧化技术的应用研究进展J.环境科学与管理，2005，30（4）: 88-906 李再兴. 铁碳微电解厌氧好氧工艺处理阿维菌素废水J.环境污染治理技术与设备，2002, 3(4) : 5-87刘宏菊，文远高，房伟间歇式活性污泥法处理农药废水的研究J.华中理工大学学报，1999，21(7)：103-1058张磊，郎建峰，牛姗姗.生物膜法在污水处理中的研究进展J.水科学与工程技术，2010,05:38-419黄翔峰，李春鞠，章非娟.光合细菌的特性及其在废水处理中的应用J.中国沼气，2005， 01：29- 3510刘祥英，邬腊梅，柏连阳，盛姣.TiO2光催化降解农药研究新进展J.中国农学通报，2010,26(12):203-20811张平.纳米技术在污水处理中的应用J.能源与环境，2013,02:93-9512左言车,习海玲,张建宏等.TiO2悬浮体系光催化降解反应动力学模型的建立J.催化学报,2001,22( 2):198-202.13王君，郭宝东，吴晶，韩建涛.TiO2光催化降解农药的研究进展J.现代农药，2004,03(2):8-1214朱剑.稀土掺杂纳米TiO2的制备及其光催化性能研究J.中南大学硕士学位论文15吴玉程，宋林云，李 云，李 勇，李广海，郑治祥.Ce掺杂TiO2纳米粉体的制备及其光催化性能研究J.人工晶体学报，2008,37（2）：427-43016姚文华，秦云.Ce掺杂的锐钛矿型纳米介孔Ti02(Ce-MTi02)的制备及其光催化降解活性研究J.材料导报，2013,27（21）：62-6617闫俊萍，唐子龙，张中太，罗绍华Ti02双掺Cr，Sb的光催化性能研究J.稀有金属材料与工程，2005,34（3）：429-43218于彦彬，谭培功.间苯二酚荧光法测定空气中的敌敌畏J.分析化学，1995，23（12）：147019华南农学院历史遗产研究室J农史研究：第二辑M北京：农业出版社，198320信欣，汤亚飞.活性炭载负Ti02光降解水中敌敌畏的研究J.工业用水与废水，2004,35（1）：30-3221张前程，张凤宝，张国亮等超细钴掺杂二氧化钛的制备、表征及气相光催化性能J燃料化学学报, 2004, 32(2): 240-243.22姜莉，刘奎仁，简小琴等稀土掺杂TiO2光催化抗菌材料的制备与性能研究J.东北大学学报：自然科学版, 2007, 28(9):1333-1337.23陈娜娜，吴玉程，宋林云，朱绍峰，黄新民.Co、Ce 共掺杂TiO2纳米粉体制备及光催化性能J.中国科技论文在线,2010,5(4):336-340检索策略：题名或关键词=（铈掺杂）+ 纳米TiO2题名或关键词=（农药废水）+ 光催化数据库名称：1 2 3 4 5 6 7 8 万方数据知识服务平台9 10 11 12 15 中国学术期刊网络出版总库 16 17 18 19 20 21 22 23 中国知网 四、课题研究的基础、现状与趋势(基于对参考文献资料的分析、综合与归纳，不少于1000字)： 据统计，我国耕地面积不足全世界一成，却使用了全世界近四成的化肥是化肥还是农药？；数据显示我国单位面积农药使用量是世界平均水平的2.5倍。过量施用农药化肥保住了产量，却污染了环境。有数据显示：全国农药工业每年排放的废水约为15亿吨，其中已进行处理的占总量的7 %，处理达标的仅占已处理的1 %。一些地方的水体污染和土壤污染严重，对农产品质量安全和食品安全埋下了巨大的隐患。农药废水水质水量相对比较不稳定，主要有含苯废水、含有机磷废水、高浓度含盐废水、高浓度含酚废水以及含汞废水等，都比较难以处理。市场上的农药品种繁多，以至于农药废水水质也复杂。纳米材料具有众多不同于传统体材料的表面与界面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应，表现出奇异的力学、电学、磁学、光学、热学和化学等特性，成为当前物理、化学和材料科学的前沿热点，在材料、环境、能源、化学、生物等领域显示出广泛的应用前景。纳米TiO2、纳米ZnO等N型半导体材料是最常用的光催化剂，其中纳米TiO2表现出了很多优点，如禁带较宽，化学性质稳定、无毒无害、催化效果好、价格低廉等特点，已经成为具有良好应用前景的纳米催化剂之一。稀土掺杂纳米TiO2光催化材料的制备就是利用物理或者化学方法，将稀土离子引入到TiO2晶格中，从而达到在晶格中引入新电荷、形成缺陷或者改变晶格类型的效果。通过影响光电子和空穴的运动排布情况、调整分布状态或者改变其能带结构，最终导致制备出的光催化材料的光催化活性改变。根据洪特规则，等价轨道全空、半填满、全满的状态比较稳定。稀土元素原子有独特的4f亚层电子结构，几乎能与所有元素反应，形成多价态、多配位数（312 个）的化合物，具有光、电、磁、核等方面的优异性能，正是由于稀土离子的特性，使得稀土离子掺杂对纳米TiO2的光催化活性有着较大的改变。稀土掺杂纳米TiO2的方法主要包括浸渍法、水热合成法、醇盐水解法、溶胶凝胶法。溶胶凝胶法由于其工艺简单、副反应少是近年来广泛采纳的方法之一。铈是一种重要的镧系金属，具有4f价电子结构，易产生多电子组态的结构特征，得到了广泛的运用。Ce能在催化剂领域得到如此广泛的应用，主要基于以下2个原因：(1)氧化还原电对Ce3+/Ce4+的存在使得氧化铈在氧化和还原状态下能够以CeO2或Ce2O3形式存在，从而进行电子转移；(2)容易形成可变的氧化空穴来获得高流动性的大量氧。但目前鲜少有将金属铈掺杂到锐钛矿型纳米TiO2的材料应用于降解有机磷农药的研究中。 近几年，稀土掺杂纳米TiO2作为光催化剂降解农药污染物的研究引起了各国的重视，国内外有不少报道，被降解农药已涉及到杀虫剂、除草剂、杀菌剂、生长调节剂及农药助剂。迄今为止，已发现有数百种有机污染物可通过纳米TiO2的光催化氧化降解为无害的CO2和H2O。该技术工艺简单、成本低廉，降解污染物速度快，降解有机污染物的范围广，氧化条件温和而且无二次污染、能长期有益于生态自然环境、是最具有开发前景的绿色环保技术之一，同时应用范围较广。除了单掺杂外，不少科研工作者开始双元素共掺杂，研究发现，有些稀土元素单掺杂比起单组分掺杂更有效提高TiO2纳米材料光催化性能，也是稀土掺杂纳米材料的一个重要的发展方向。本文选择的铈掺杂TiO2纳米材料在已有的研究文献中表现了良好的催化降解效益，越来越多的受到研究者的重视，故在已有的研究基础上探讨了催化降解过程的影响要素，以期进一步提高铈掺杂TiO2纳米材料的光催化性能，为其他研究发现提供参考。五、本课题解决思路或实验方法本文以钛酸四丁酯为原料, 采用溶胶-凝胶法制备相同条件下，铈掺杂摩尔分数为0.05%的TiO2纳米粒子,煅烧温度为500，煅烧时间为2h。利用X射线衍射(XRD) 、比表面积测定（BET）和红外光谱（FTIR）分析等手段对样品进行表征，研究其对有机磷农药废水敌敌畏（PPDV）光催化的降解效果及其影响因素。在研究敌敌畏光催化降解效果的过程中，通过文献查得：间苯二酚与有机磷农药敌敌畏在碱性水溶液中生成的化合物具有较强的荧光，用此方法检测溶液中的敌敌畏，方法简便、灵敏度高、选择性较强。实验结果表明，铈掺杂显著提高了TiO2对农药的降解率：敌敌畏初始浓度为10mg/L，在ph=3、投加量为5g/L,紫外灯下照射2h，降解率可达到85%以上。且敌敌畏初始浓度越低，光降解效率越好。本文最后初步进行双元素掺杂对纳米材料光降解性能的研究，在原有制备条件的基础上，引入钴元素，利用XRD对样品进行表征，并研究不同掺杂比对光催化剂性能的影响，实验结果表明当Co与TiO2的摩尔比为0.1%、Ce与TiO2的摩尔比为0.05%时，（Co-Ce）-TiO2的复合体系光催化活性最好，相同的催化降解条件下，敌敌畏溶液的光降解率达到90%以上。6、 工作计划或时间安排起止日期毕业设计(论文)工作进度（主要内容、完成要求）2013.42013.6查阅相关文献并与指导老师沟通确定初步方案2013.72013.8制备相同条件下的铈掺杂纳米材料2013