国家挑战杯校内选拔赛自检报告.ppt

1 南昌航空大学 欢迎各位专家 老师和同学的莅临 挑战杯校内选拔赛检查报告 2 答辩人 指导老师 专业名称 李文涛 邓芳 王平宇副教授 应用化学 3 研究背景 我国的水资源环境日益恶化 污染状况调查表明 中国532条主要河流中 82 受到不同程度的污染 50 的城镇水源不符合饮用水标准 在中国人口密集的地区 湖泊 水库已经全部受到了污染 但是我国污水排放量不断增大 据统计2010年全国废水排放总量524 5亿吨 比上年增加8 7 4 我国水污染的特点 水污染以有毒有害有机物为主 如苯及其取代物 硝基苯酚类 多环芳烃类 六氯环己烷类 及持久性有机污染物等 废水危害 生态破坏 水生物死亡 人和动物致癌 致畸 生物变异 长期饮用废水 造成癌症几率升高 水污染造成大量鱼类死亡 5 常见的废水处理技术 菌种有一定选择性 降解速度慢 6 臭氧类氧化法 光催化氧化技术具有氧化性强 操作条件易于控制的优点 能够将水中的有机污染物有效地分解 甚至彻底地转化为无害无机物 因此引起了世界各国环境科学家的重视 并相继开展了该方向的研究与开发工作 7 光催化氧化技术的关键 8 TiO2的光催化性能没有选择性 只要污染物在催化剂表面具有较强的吸附能力 就能完全被光催化降解 造成了光催化的氧化对象几乎不具有选择性 9 提高光催化降解选择性的研究现状 调节溶液的pH以控制TiO2表面的电荷 但选择性不高 用特殊的分子去修饰TiO2表面 但稳定性差 贵金属沉积改性 但制备材料昂贵 成本高 将分子印迹技术与光催化技术相结合 研制出分子印迹型光催化剂是一个新的研究方向 在选择性光催化降解污水体系中的低浓度高毒污染物中具有光明的前景 10 该实验研究的重点及思想 缺点 1 制备分多步完成 2 用于分子印迹型光催化剂的功能单体种类很少 2 有机分子印迹层在光催化降解过程中可能会发生降解 3 无机分子印迹膜的厚度不好控制 选择性不是很好 4 模板分子洗脱不彻底 开拓功能单体范围 采用新的制备方法是制备高质量分子印迹型光催化剂的关键 11 主要研究内容和创新点 1 首次采用溶胶 水热法制备分子印迹型TiO2和TiO2 WO3 该法一步制备 方法简单 2 钛醇盐既做钛源 又可做印迹的功能单体 不需要加入另外的有机功能单体 价格低廉 绿色环保 3 在光催化剂的水热制备过程中 获得与模板分子相结合的TiO2 索氏提取法去除模板分子 得到分子印迹位点 分子印迹型TiO2和TiO2 WO3对目标污染物进行选择性光降解能力强 这归因于分子印迹型TiO2和TiO2 WO3对目标污染物的选择性吸附 12 TiO2光催化的基本原理 研究结果 13 用溶胶 水热法制取MIP 二氧化钛 实验步骤 1 20mL的原钛酸四丁酯 0 1946克4NP和4毫升乙酸 作为水解抑制剂 溶解在26毫升乙醇中 剧烈搅拌1小时后 再将8毫升水 12毫升乙酸和12毫升乙醇中的混合溶液用滴定管滴加到连续磁力搅拌下的上述溶液中 2 将所得的混合溶液搅拌6小时 在10摄氏度将上述溶液转移到100mL的用聚四氟乙烯内衬的高压釜中 将高压釜密封并在140度下在电烘箱中加热12小时 然后自然冷却到室温 3 将所得到的沉淀物用甲醇 氨溶液 1 1 V V 通过索氏提取系统 直到模板无法通过HPLC检测到 最后将沉淀物用水洗涤几次 并在 50摄氏度冷冻干燥 所制备的光催化剂被称为MIP 氧化钛 14 研究结果 15 MIP TiO2和NIP TiO2为锐钛矿 平均粒径为分别9 65和9 75nm Fig 2XRDpatternsofMIP TiO2andNIP TiO2 研究结果 16 MIP TiO2颗粒形貌均匀 有着粗糙的表面 直径范围为10 20nm 与NIP TiO2相比 MIP TiO2由于表面的印迹腔导致表面较粗糙 SEMimagesof a MIP TiO2and b NIP TiO2 研究结果 17 MIP TiO2和NIP TiO2的吸光能力差不多 研究结果 18 目标污染物在MIP TiO2和NIP TiO2的吸附平衡时间15min MIP TiO2的吸附量大于NIP TiO2 MIP TiO2和NIP TiO2对4NP的最大吸附量分别为374and172mg g 研究结果 19 MIP TiO2和NIP TiO2的相对选择系数分别为45 5和1 047 研究结果 20 4NP在MIP TiO2上的降解速率常数为0 0167min 1 是NIP TiO2 0 00429min 1 的四倍 研究结果 21 酸性条件下 MIP TiO2的光催化能力更强 前期研究结论 22 通过溶胶 水热法制备分子印迹型TiO2 MIP TiO2 MIP TiO2对目标污染物具有较好的吸附选择性和光催化选择性 MIP TiO2可以多次重复使用 其光催化更好 这归因于 i 大量的吸附位点 ii 印迹空穴对目标污染物的较好吸附能力 iii 目标分子与印迹空穴的几何形状匹配 23 研究结果2 XRD分析新鲜的晶体结构和再生的MIP 氧化钛 从反射的信号来看 不同的方式处理的MIP TiO2具有良好的匹配性 水洗和热处理并没有改变晶体的结构 c代表新鲜的MIP TiO2a代表第一次水洗的MIP TiO2b代表地儿次水洗的MIP TiO2d代表第一次热处理的MIP TiO2e代表第二次热处理的MIP TiO2 24 研究结果2 扫描电镜研究新鲜和再生的MIP TiO2的形态 大多数的MIP TiO2颗粒的形状不规则 且分子的直径为10 20nm 说明热处理及水洗并没有改变的MIP TiO2的形态 c代表新鲜的MIP TiO2a代表第一次水洗的MIP TiO2b代表地儿次水洗的MIP TiO2d代表第一次热处理的MIP TiO2e代表第二次热处理的MIP TiO2 25 研究结果2 新鲜和再生的MIP 氧化钛电极的紫外可见光照射下的光电流响应 结果表明 水再生的MIP 氧化钛优于新鲜的MIP 氧化钛中的产生 分离和传送电子 空穴对的效率方面 电流密度与光催化活性是一致的 研究结果 26 可以清楚地看出 新鲜的MIP 二氧化钛在黑暗条件下吸附4NP与再生的MIP 氧化钛相比 新鲜的MIP 二氧化钛有更高的吸附能力 再生MIP 二氧化钛降低吸附能力可能的原因是部分氧化中间产物在强烈的光催化降解过程中吸附再生MIP 二氧化钛 水洗和热处理相比 水洗具有MIP 二氧化钛在吸附过程中有良好的特性 研究结果2 NIP 二氧化钛进行研究 UV Vis 27 可以清楚地看出 NIP 二氧化钛的光催化活性再生后下降 上述结果表明与NIP 二氧化钛相比 MIP TiO2有稳定的无机框架 研究结果2 非再生废的MIP 二氧化钛和空白MIP 氧化钛与新鲜的MIP 氧化钛对比 28 结合26 27 28图可以说明1 水清洗是一个更经济 更有效的方式2 MIP TiO2催化剂是高度可再次利用的 29 研究结果2 MIP 二氧化钛在不同浓度的4NP的光催化性能 MIP 二氧化钛在10mg l的4NP中具有良好的光催化降解性能 可能是由于 OH 4NP比率降低 研究结果 30 MIP TiO2具有较好的使用寿命 第三次的光催化能力大于第二次和第一次 研究结论 通过用水洗和热处