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新苗计划书范文 项目编号浙江省大学生科技创新项目申报书创新项目名称AgAgI/TiO2模拟太阳光催化处理含铬废水的性能研究创新项目负责人郭丝丝称学校名称浙江工商大学期申报日期xx年11月14号项目类别项目类别个人项目团队项目浙江省大学生科技创新活动计划（新苗人才计划）实施办公室制填写说明 一、申报书要按照要求，逐项认真填写，填写内容必须实事求是，表达明确严谨。 二、格式要求申报书中各项内容以Word文档格式填写，表格中的字体为小四号仿宋体，1.5倍行距；表格空间不足的，可以扩展或另附纸张；均用A4纸双面打印，于左侧装订成册。 三、申报书由所在学校领导审查、签署意见并加盖公章后，一式三份（均为原件），报送浙江省大学生科技创新活动计划（新苗人才计划）实施办公室。 一、项目简介项目概况项目名称AgAgI/TiO2模拟太阳光催化处理含铬废水的性能研究项目性质（）基础研究（）应用基础研究项目（）自主立题（）教师指导选题起止时间自xx年4月至xx年4月项目状况 1、研发阶段 2、中试阶段 3、批量（规模）生产（选项打）申请人姓名郭丝丝性别出生年月入学年月所在院系联系电话电子信箱项目组主要成员姓名年龄性别专业具体分工王英霞金丹敏俞柯军余可儿项目指导教师姓名王齐性别女出生年月1982-12主要研究方向污染控制与环境新能源材料近三年获奖成果国家级_等奖_项，省部级_等奖_项近三年科研经费_万元，年均_万元项目主要内容简介本项目旨在研究微弱可见光的条件下实现含铬废水的高效经济处理。 通过优化Ag/AgI的比例、Ag的负载量、AgI的热处理温度、TiO2的晶型等，制备出与纯AgI活性相当的、更稳定的、低贵金属负载量（10%）、微弱可见光响应的AgAgI/TiO2复合光催化剂，大副降低催化剂的制备成本，进一步优化反应条件，实现实现微弱可见光（50W）照射下高效处理含Cr(VI)废水。 二、项目的研究目的及意义 1、申请项目的必要性、目的及意义近年来，我国重金属污染事件呈高发态势，对自然生态和群众造成严重威胁。 以重金属铬为例，它是鞣革、工业颜料、印染、电镀、橡胶等行业必不可少的原料，同时也是一种致癌物，为美国环境保护局公认的129种重点污染物之一，更是我国重点控制对象。 铬污染治理是世界性的环保难题，其技术核心是将可溶、易迁移、高毒性的六价铬Cr(VI)还原为毒性小100倍、易于配位沉淀的三价铬Cr(III)，并进行综合利用。 当前广为实施的电解法、还原沉淀法、化学絮凝法、离子交换法、膜过滤法等物理化学方法，存在残留高、费用高、二次污染、共存有机物去除率低等缺点，一般只适合处理限量的、较高浓度含铬废水。 由于实际废水中重金属往往与有机污染物共存，形成的复合污染会大大增加处理的难度。 因此，针对低浓度含Cr(VI)有机废水的有效去除和分离成为富有挑战性的研究工作。 光催化被认为是最有应用前景的污水深度处理技术，近三十年来在环境方面的研究和应用取得了一系列的进展，以二氧化钛(TiO2)为代表的光催化剂，能氧化降解几乎全部的有机污染物1,2，或还原去除重金属3,4。 针对光催化还原Cr(VI)，目前大部分研究都集中在紫外光区。 而以可见光（约占太阳光总能量50%）为驱动力的研究较少，一般通过染料敏化TiO25、底物与TiO2表面形成电荷转移络和物6,7两种形式吸收可见光，实现可见光照射下Cr(VI)和有机物协同削减。 然而，光催化发展了三十多年，目前仍以实验室研究为主，大规模的实际应用鲜有展开，主要原因是催化剂对太阳光的直接利用率低，人造紫外/可见光源功率较高（300W），大大增加应用的成本，延缓光催化应用于实际废水处理的进程。 此外，相对较慢的反应速度有待大幅提升。 以TiO2光催化还原Cr(VI)（10mg/L）为例，在染料AO 7、苯酚、EDTA等有机物共存时，Cr(VI)还原大大加速，可见光照射14h后Cr(VI)去除率近100%，离实际应用的速率要求仍还有一定的差距。 实验室条件下、相同浓度的污染物至少在30min内完全反应，最好控制在15min以内。 解决以上问题的关键是开发新型高效可见光催化剂，通过优化反应条件，实现Cr(VI)高效去除。 近年来，银基催化剂引起研究者广泛的关注。 自xx年中科院胡春课题组8在EST上首次报道将AgI负载到TiO2表面，能在可见光照射下降解偶氮染料以来，大量相关工作陆续展开，掀起了AgX研究的热潮。 山东大学黄柏标课题组9进一步发展了新型等离子体AgAgX高效复合光催化材料，其光谱吸收范围涵盖整个可见光区域，以至于近红外，使其具有非常好的光催化抑菌和染料降解效果。 然而，目前的研究多关注有机物的氧化降解，还原性能的研究较少。 而光生空穴和电子是同时产生的，分别对应氧化和还原反应，因此，银基催化剂理论上应同时具备较高的还原性能。 但目前这方面的研究较少，且所用催化剂含Ag量较高，催化剂制备成本昂贵，所用光源一般为高功率碘钨灯或氙灯（300W）。 本课题组成员在前期创新实验过程中发现将AgI负载到TiO2表面制得的AgI/TiO2，能在可见光照射下还原Cr(VI)，且催化剂稳定存在，对室温制备的AgI/TiO2进行一定温度热处理，能大幅提升光催化还原效率，速率常数从0.03min-1提高到0.32min-1，20分钟内可将10mg/L Cr(VI)完全还原。 为了进一步提高反应效率，本项目在充分调研文献的基础上，提出利用贵金属Ag的表面等离子体共振效应（plasma effect），结合AgI/TiO2优越的可见光催化还原性能，制备AgAgI/TiO2复合光催化剂。 通过优化Ag和AgI的负载量、AgI/TiO2的热处理温度、TiO2的晶型等，制备出与纯AgI活性相当的、更稳定的、低贵金素负载量（含Ag10%）的高效微弱可见光响应型催化剂，大副降低催化剂的制备成本。 进一步优化反应条件，例如pH、催化剂用量、光强、共存有机物污染物种类（染料、苯酚、EDTA等）等，实现微弱可见光（50W）照射下高效处理含Cr(VI)废水。 项目的顺利实施有望直接利用太阳光进行光催化反应处理含Cr(VI)废水，大大降低污水处理的能耗。 主要参考文献1Fujishima A,Zhang X,Tryk DA.TiO2Photocatalysis andrelated surfacephenomena.Surf SciRep,xx,63:5152Gaya UI andAbdullah AH.Heterogeneous photocatalyticdegradation oforganic contaminantsover titaniumdioxide:A reviewof fundamentals,progress andproblems.J PhotochemPhotobiol C,xx,9:13Chenthamarakshan CR andRajeshwar K.Heterogeneous photocatalytic reduction of Cr(VI)in UV-irradiated Titaniasuspensions:Effects ofprotons,ammonium ions,and othetinterfacialaspects.Langmuir,2000,16:27154Wang X,Phekonen SO,Ray AK.Removal ofaqueous Cr(VI)by abination ofphotocatalytic reductionand coprecipitation.Ind EngChem Res,xx,43:16655Kyung HK,Lee JS,Choi W Y.Simultaneous andsynergistic conversionof dyesand heavymetal ionsin aqueousTiO2suspensions undervisible-light illumination.Environ SciTechnol,xx,39:23766Wang N,Zhu LH,Deng KJ,She YB,Yu YM,Tang HQ.Visible lightphotocatalyticreductionofCr(VI)on TiO2in situmodified withsmall molecularweight organicacids.Appl CatalB:Environ,xx,95:4007Kim Gand ChoiWY.Charge-transfer surfaceplex ofEDTA-TiO2and itseffect onphotocatalysis undervisible light.Appl CatalB:Environ,xx,100:778Hu C,Hu X,Wang L,Qu J,Wang A.Visible-light-induced photocatalyticdegradation ofazodyes inaqueous AgI/TiO2dispersion.Environ SciTechnol,xx,40:79039Wang P,Huang B,Qin X,Zhang X,Dai Y,Wei J,Ma W.AgAgCl:a highlyefficient andstable photocatalystactive undervisible light.Angew ChemInt Ed,xx,47: 79312、项目的背景、主要内容、技术水平及应用范围项目的背景、主要内容光催化处理含Cr(VI)废水的研究大部分集中在紫外光区，而以可见光（约占太阳光总能量50%）为驱动力的研究较少，对太阳光的直接利用率低，且反应速度相对缓慢，现有研究多停留在实验室阶段。 此外，所用光源一般为高功率（300W）人造紫外/可见光灯，大大增加应用的成本，延缓光催化应用于实际废水处理的进程。 鉴于以上现状，本项目在前期研究基础上，提出利用贵金属Ag的表面等离子体共振效应（plasma effect），结合AgI/TiO2的优越的可见光催化还原性能，制备AgAgI/TiO2复合光催化剂。 通过催化剂制备条件和反应参数优化，期望实现微弱可见光（50W）照射下高效处理含Cr(VI)废水。 本项目拟以重金属Cr(VI)为模型重金属污染物，考察微弱可见光催化还原Cr(VI)Cr(III)的效率，主要从以下几个方面展开研究1AgAgI/TiO2中Ag、AgI、TiO2三者之间的比例对Cr(VI)还原的影响规律；2AgI/TiO2热处理温度对Cr(VI)还原的影响规律；3TiO2的晶型、形貌等对Cr(VI)还原的影响规律；4反应pH、光强、催化剂用量、共存有机污染物种类等对Cr(VI)还原的影响规律。 具体实验方案1实验所需的光催化反应仪器家用日光灯作为微弱可见光光源。 2Cr(VI)的分析及测量方法二苯卡巴肼显色法（GB/T7467-1987），紫外可见分光光度计监测max=540nm处吸收峰的变化。 3有机污染物的分析及测量方法染料污染物采用紫外可见分光光度计监测200-700nm范围内吸收光谱的变化；苯酚等无色的有机污染物采用液相色谱监测其浓度变化。 4AgITiO2催化剂的制备方法将一定量的TiO2和KI加入去离子水中，在磁力搅拌下缓慢滴加一定浓度的AgNO3和氨水形成的银氨溶液，制得亮黄色乳状沉淀。 然后过滤、烘干，100-700o C之间不同温度下焙烧，得到AgITiO2。 5AgAgI/TiO2催化剂的制备方法AgITiO2粉末至于一密闭石英反应器中，充N2，磁力搅拌，在1000W氙灯强光照射下，使部分AgI分解生成Ag纳米颗粒，得到AgAgI/TiO2。 通过控制氙灯照射时间来改变Ag和AgI的比例。 6AgAgI/TiO2催化剂的优化通过改变起始AgNO3和TiO2的摩尔质量比，制备不同贵金属负载量的复合催化剂；以不同结晶态（anatase,rutile,brookite,amorphous）、不同形貌（球形、立方体、纳米管、纳米线、纳米盘等）的TiO2为基底，制备不同载体的催化剂，考察载体性能对光催化活性的影响，优化出AgAgI/TiO2的最佳制备条件。 7其他实验影响因素考察如催化剂热处理温度、反应pH、共存有机污染物种类、催化剂/污染物浓度等。 利用原子吸收光谱仪、液相色谱、紫外可见分光光度计对重金属的还原和有机污染物氧化降动力学进行分析，考察出最佳实验条件。 8光源功率的影响以不同功率节能灯为光源，考察灯功率对对污染物去除效率的影响。 9优选条件下AgXTiO2处理实际废水的性能研究取某印染、电镀废水进行优选条件下光催化性能测试，条件允许的情况下，同时进行室外太阳光处理的实验。 实验流程见下图技术水平1采用AgAgI/TiO2为催化剂，实现微弱可见光（50W）照射下高效处理低浓度含铬废水，与现有研究多采用高功率碘钨灯或氙灯（300W）相比，具有明显的节能优势，有望直接利用太阳能处理含铬废水。 2将AgAgI负载到TiO2上，通过优化负载量、负载方式和TiO2的晶型、形貌等影响因素，制备出与纯AgI活性相当的、更稳定的、低AgI负载量（10%）、微弱可见光响应的AgAgI/TiO2复合光催化剂，大副降低催化剂的制备成本。 应用范围:适用于制革、电镀、胶片、铬盐等行业排放的含铬Cr(VI)废水处理,降低污水处理能耗。 AgAgI/TiO2制备与优化Ag:AgI:TiO2的最佳比例反应条件优化反应pH共存有机物种类光源功率污染物浓度优选条件下性能测试催化剂浓度最佳热处理温最佳热处理温度佳最佳TiO2形貌佳最佳TiO2晶型Cr(VI)为目标污染物筛选出最佳催化剂 3、实施该项目所具备的基础、优势和风险项目实施所具备的基础AgAgI作为高效复合光催化材料，其光谱吸收范围涵盖整个可见光区域，以至于近红外，使其具有非常好的光催化抑菌和染料降解效果，由于光生空穴和电子是同时产生的，分别对应氧化和还原反应，因此，AgAgI理论上应同时具备较高的还原性能。 结合TiO2的优良电子传递性能，制备的AgAgI/TiO2复合光催化剂期望能稳定存在，弥补AgI见光易分解的不足。 本课题组成员在前期创新实验过程中发现将AgI负载到TiO2表面制得的AgI/TiO2，能在可见光照射下还原Cr(VI)，且催化剂稳定存在，对室温制备的AgI/TiO2进行一定温度热处理，能大幅提升光催化还原效率，速率常数从0.03min-1提高到0.32min-1，20分钟内可将10mg/L Cr(VI)完全还原。 可见对含AgI/TiO2的复合催化剂进行高温热处理有望在不增加贵金属负载量的前提下，大副提升光催化活性，为本项目高效AgAgI/TiO2的制备提供了借鉴。 项目指导老师王齐副教授长期从事光催化降解污染物的研究工作，曾在Angewandte ChemieInternational Edition、Chemistry-A EuropeanJournal、Environmental Science&Technology等国内外重要学术期刊上发表SCI论文10多篇，积累了丰富的经验，为本项目的难题突破和顺利进行奠定了良好的指导基础。 团队成员已经进行了相关前期研究，实验结果符合预期目标，进一步的研究正在进行中。 此外，项目所依托的学校实验条件较完善，拥有从事本项目研究所需的主要仪器设备，包括模拟太阳反应器、高效液相色谱仪、紫外可见分光光度仪、电化学工作站、原子吸收仪、COD自动检测与分析仪、TOC分析仪等仪器设备，可基本满足本项目中的日常测试分析需要。 本校仪器公用平台还拥有本项目拟用到的X-射线衍射仪、BET测定仪等大型仪器。 同时扫描电镜、表面光电子能谱等可在浙江大学分析测试中心通过交费后使用。 这些研究条件为本项目的实施提供了良好的测试及工作平台，能够保障本项目的顺利完成。 项目的优势1利用太阳能处理含Cr(VI)废水，无二次污染；2反应速率快，15min内能将10mg/l Cr(VI)完全还原；3通过简单的热处理实现不增加贵金属Ag负载量的前提下，大幅提升催化性能（提高至少10倍），大大降低催化剂的制备成本。 4有机污染物（如染料、苯酚等）共存时本体系依然适用，有望实现二者协同去除。 关键风险问题1优化制备的AgAgI/TiO2在微弱可见光甚至太阳光照射下能快速还原Cr(VI)；2AgAgI/TiO2循环使用的稳定性控制。 4、项目计划目标1优化Ag和AgI的比例以及负载量，制备低贵金属负载量(10%)的AgAgI/TiO2催化剂；2优化AgI/TiO2热处理温度及TiO2晶型、形貌，筛选出性能最佳的AgAgI/TiO2光催化剂；3优化反应pH、光强、催化剂用量、共存有机污染物种类等反应，筛选出最佳运行参数。 四、预期成果、知识产权形成及经济、社会效益分析 1、项目的预期成果及知识产权归属情况项目的预期成果 （1）筛选出最佳的Ag:AgI:TiO2比例； （2）得到制备AgAgI/TiO2的最佳温度； （3）得到TiO2的最佳晶型和形貌； （4）优化含废水处理的各运行参数； （5）在核心期刊上发表论文1-2篇，申请专利1个，提交结题报告1份。 该项目的知识产权归属于浙江工商大学 2、项目的市场前景分析我国目前含重金属的水污染问题突出，尤其是一些突发性重大污染事件频频发生，对现有污水处理技术提出了严峻的挑战，并引起政府、科学界、企业界与社会各阶层的高度关注。 在满足物质生产的同时，积极应对工业废水污染、提高排放标准已成为我国产业发展的重大问题。 也是我国的经济增长模式从GDP的数量增长向GDP的绿色增长进行转变的关键所在。 本项目是一项基于含低浓度重金属与有机污染物的混合废水深度处理的新技术开发项目，它的实施对于构建新型水净化材料具有重要科学意义，通过对可见光的高效利用，有望实现直接利用廉价无限的太阳能进行污水深度无害化处理，大幅降低光催化技术的应用成本，解决目前经济快速发展带来的环境污染和能源危机问题。 3、项目的盈利能力分析及财务预算项目的盈利能力分析本项目的研究工作将为高效利用太阳能处理电镀、化工、制革、铅酸蓄电池、印染等行业排放的含重金属铬Cr(VI)废水提供理论依据和技术支持，将来技术实际应用时成本只需考虑催化剂的价格（纳米TiO2，市场参考价约13元/公斤；AgNO3，市场参考价约1800元/公斤；制备的贵金属含量最高为TiO2的10%，因此，AgAgI/TiO2最高为193元/公斤），无其他额外费用，以废水处理成本控制在1元/吨左右、催化剂投加量为250g/吨废水计算（催化剂成本48.25元），如果催化剂寿命能很好的保持（至少50个循环），最多处理50吨废水即可收回成本、开始盈利。 此外，实际应用时由于采购量大，预期成本还有下降的空间。 项目的财务预算支出项目金额（元）备注实验材料2100购买光源、磁力搅拌器、石英反应器等试剂、药品1500购买硝酸银、KI、TiO 2、显色剂等药品分析测试2000催化剂形态表征SEM、XPS、XRD等图书资料800文献打印、装订、查新等出版物/信息传播费2800论文发表、专利申请费等交通800污染现状调研、参加学术会会议等合计10000元 4、项目的社会效益分析我国目前含重金属的水污染问题突出，尤其是一些突发性重大污染事件频频发生，对现有污水处理技术提出了严峻的挑战，并引起政府、科学界、企业界与社会各阶层的高度关注。 在满足物质生产的同时，积极应对工业废水污染、提高排放标准已成为我国产业发展的重大问题。 也