杨忠雷的开题报告概要

1、本科毕业论文开题报告题 目 :金属掺杂二氧化钛催化剂的制备及光催化脱硫性能的研究 院 （ 系）:环境与化工学院（应用化学） 班 级： 12-1 班 姓 名：杨忠雷_ _学 号：20 指导教师：薛丽梅 教师职称：教授 黑龙江科技大学本科毕业论文开题报告题 目 金属掺杂二氧化钛催化剂的制备及光催化脱硫性能的研究 来源 生产实践1、研究目的和意义随着全球经济的快速发展， 汽车的保有量持卖增多， 尾气排放对环境造成的污染变得日益严重。 汽油中含硫化合物燃烧生成的 SOx 是尾气中主要环境污染源之一，因此，为减轻尾气排放对环镜 造成的危害，生产超低硫汽油势在必行。而石脑油是生产高辛烷值汽油的原料，所以石

2、脑油脱硫 具有重大的意义。近些年来，随着科技和经济的发展，对于清洁油和化工原料的需求大量增加。据统计，我国 每年约排放 25 MT的二氧化硫到大气中。 二氧化硫的存在不仅仅对工业设备产生腐蚀作用， 更是 酸雨产生的直接原因。环保法规对我国车用燃油的质量提出更加严格的要求。因此，生产环境友 好的油品，满足日益苛刻的市场要求，已经成为我国炼油企业目前亟待解决的问题。石脑油作为汽油生产的原料之一， 控制其硫含量具有重要意义。 2014 年下半年， 七台河宝泰 隆公司提出了他们企业亟待解决的难题之一，由七台河宝泰隆煤化工股份有限公司煤焦油加氢生 产的石脑油含硫高达 500 mg 左右，需要进一步降低硫

3、含量，希望投入成本低，方法简便，委托 我校进行该课题的研发 , 去年 11 级的学长已经将宝泰隆石脑油中的含硫量从500PPM降到 90PPM，本论文的研究要将石脑油的含硫量降到10PPM。本课题基于此目的完成一种较佳的脱硫方案小试研究。目前传统的加氢脱硫技术 , 能有效脱除硫醇、硫醚和二硫化物等脂肪族化合物，但加氢技术 投资高，汽油辛烷值有一定损失，因此越来越多的研究者致力于开发新的脱硫技术来克服加氢技 术的缺点。 其中，氧化脱硫 (ODS)技术具有较高的脱硫率， 并能克服加氢技术的缺点， 具有投资低、 辛烷值损失小、工艺条件简单的特点，是一项很有前途的脱硫技术，受到了国内外研究者的广泛 关

4、注。光催化氧化脱硫是指在光照条件下进行的催化氧化脱硫反应，由于光催化的过程能够将光 能转化成化学能，从而提高脱硫率，因此光催化氧化脱硫成为了新的研究热点。2、国内外发展情况 ( 文献综述 ) 为应对环境污染产生的雾霆天气，近期国家出台了更加严格的汽油硫含量的质量标准，生产 低硫清洁燃料油势在必行 1 。为了应对新的汽油质量标准，炼化企业开始了新一轮的质量升级， 目前多种加氢技术被应用，但是会带来辛烷值降低和增加加工成本等不利影响研究者们致力于其他汽油深度脱硫技术的研究，其中包括催化加氢脱硫、吸附脱硫、生物脱硫、 萃取脱硫和氧化脱硫等。催化加氢脱硫：催化加氢脱硫是在 1950 年代开始发展的，

5、由于 70 年代以后世界原油平均硫含量的不断提高， FCC汽油的应用也越来越广泛，炼油企业需加大脱硫设备和技术投资。2 催化加氢工艺能够适应生产规模、脱硫效果和成本控制等方面的需要而逐步得到应用和推广，催化加氢 脱硫工艺也因此成为应用最为广泛的脱硫工艺。但加氢技术投资高，汽油辛烷值有一定损失，因 此越来越多的研究者致力于开发新的脱硫技术来克服加氢技术的缺点。 3-4生物脱硫：生物脱硫又为生物催化脱硫 (BDS，是指在常温、常压下利用微生物或者它所含的酶催化含硫化合物，使其所含的硫释放出来的过程。生物脱硫法由于条件温和，能耗低，投资少，而 具有很好的应用前景和发展潜力，但是因为其生物催化剂性能等

6、问题，一直没有被广泛地应用。5-6萃取脱硫 : 溶剂萃取脱硫技术是采用萃取脱硫是根据汽油中的有机硫化物在某一溶剂中的溶 解度高于其他有效组分在该溶剂中溶解度的原理而达到脱硫目的的一种技术，又被称为溶剂抽提 脱硫技术。萃取脱硫工艺简单，脱硫率高，可以在常温、常压下进行，具有明显的优势。但关键在于高效萃取剂，尤其是与有机硫之间具有弱化学作用的萃取剂的筛选。因为，一般物理萃取的效率都比较低，难以达到深度脱硫的目的。例如，丙酮-乙醇、多元醇或含氮溶剂经多级萃取后，脱硫率可达 50% 90%；用含氮的杂环化合物溶剂萃取经加氢处理后的轻油，可以将轻油中的硫的含量降低到 100ppm以下 7 。综上所述：常

7、规的加氢脱硫技术是一种比较成熟的脱硫技术，但是需要很高的投资和操作费用。生物脱硫 ; 生物脱硫技术与加氢脱硫相互配合，能够有效地脱除加氢脱硫法不易除去的杂环 类化合物中的硫。但是，其生物催化剂性能的提高，脱硫后生物催化剂的分离和对副产物的处理 没有解决。 8膜分离技术难以达到深度脱硫的标准， 并且受膜再生和膜成本的限制， 难以实现工业化应用。溶剂脱硫技术不改变油品的化学成分，溶剂可循环使用。其缺点是效率比较低，难以达到深度脱 硫的目的。 9碱法脱硫：碱法脱硫方法简单，可以脱除以硫化氢、部分以硫醇硫、醚形式存在的硫。难以 达到深度脱硫吸附脱硫可以在常温、常压和无氢的条件下对石脑油进行脱硫操作，装

8、置的投资、能耗和 操作成本大为降低，吸附剂只选择吸附石脑油中的含硫化合物。由于吸附法脱硫具有简单方便、 快速和经济的优点，比其他汽油非加氢脱硫技术更加能引起各国的关注。 11 吸附脱硫：吸附脱硫 技术是采用吸附剂对油品中有机硫化物的特异性吸附，使其与油品中的其他组分进行分离，以达 到深度脱硫的一种技术 . 12氧化脱硫： 氧化脱硫技术是用催化剂将噻吩类有机硫化物氧化成亚砜和砜等，再利用溶剂萃取和吸附等方法将砜和亚砜从油品中脱除，催化剂经再生后循环使用。与传统的HDS技术相比，氧化脱硫技术具有反应条件温和，对噻吩类有机硫化物的高选择性，不使用昂贵的氢源，其对具 有空间位阻的硫化物有潜在的脱硫效果

9、等优点。氧化脱硫作为一种新的燃料油深度脱硫技术已经 受到越来越多的关注 . 【13】光催化脱硫：氧化脱硫技术具有成本低，操作简单，无需氢耗，脱硫率高的优点，是人们研 究较多的脱硫技术。为了进一步提高氧化脱硫的脱硫率，赵地顺等采用光催化氧化脱硫的方法， 取得了理想的效果。 【14】光催化氧化脱硫是指催化剂在适当波长的光的激发下产生电子一空穴对， 催化剂上的空穴可以通过捕获噻吩类硫化物上硫原子的孤对电子将其吸附在表面形成基态阳离 子，催化剂上的电子转移给氧和过氧化氢分别形成过氧基阴离子O22 一和自由基 OH, O22 和 OH具有较强的氧化性，能够将催化剂表面的基态阳离子氧化成极性高的飒或亚飒，

10、甚至是硫酸根离 子，再用极性溶剂进行萃取分离。光催化剂种类很多，半导体材料 TiO2 具有稳定性好、氧化能力强的特点，是性能良好的光催 化剂，而负载型 TiO 2的光催化活性大于体相 TiO 2 16 ，因此负载型 TiO 2被广泛应用于光催化反应 的研究中 .本实验研究 TiO 2中掺杂了 Fe对脱硫效率的影响 .Cu3、研究的主要方案研究内容 金属掺杂的二氧化钛催化剂制备的研究，拟采用Fe, Cu, Ni, Zn对二氧化钛进行掺杂，以提高二氧化钛的光催化性能。研究 TiO 2和Fe3 ,Cu2 ,Ni2 ,Zn2 的掺杂比，烘焙时间，烘焙温度对 光催化剂结构性能的影响。 光催化氧化脱除石脑

11、油中的硫的研究， 研究萃取剂的种类，催化剂的加入量，光照时间等 .Ni2 .Zn2 离子及掺杂比对 TiO 2 汽油脱硫效率的 影响，找出最佳催化剂。拟解决的关键问题1. 制备金属掺杂的二氧化钛催化剂，并找出制备的最佳条件。2. 分析催化剂的脱硫性能找出，最佳的脱硫催化剂及最佳脱硫条件。 研究方法、技术路线研究方法1. 金属掺杂的二氧化钛催化剂制备的研究：拟用单因素及正交实验方法优化制备工艺， 考察了金 属掺杂比，烘焙温度，烘焙时间等因素对制备金属掺杂的二氧化钛催化剂的结构性能影响。确定 较优金属掺杂的二氧化钛催化剂的制备工艺条件，拟利用SEM、XRD、 FT-IR 等表征手段对制备的催化剂的

12、形貌和结构进行表征。2. 光催化氧化脱除石脑油中的硫的研究： 拟采用单因素及正交实验方法优化制备工艺， 进行脱硫， 来分析金属的种类，萃取剂的种类，催化剂的加入量，光照时间等因素对脱硫性能的影响。技术路线：溶胶凝胶法，单因素法制对催化剂形貌结构性能表征备不同条件下的催化剂确定最优的催化剂制备条件用最佳制备条件的催化剂分析几种不同催化剂的进行单因素的脱硫实验脱硫率找出最好的掺杂金属分析最佳光催化脱硫的脱硫条件 分析 总结测出最大脱硫率1、 实验仪器及药品名称型号生产厂家全自动 X 射线衍射XRD-7000 型日本岛津公司微库仑分析仪WK-2D 型姜堰精科分析仪器厂UV-vis 吸收光谱UV-25

13、50 型日本岛津公司光化学反应仪XPA 系列南京胥江机电厂电子显微镜TM3000日本日立公司比表面分析仪V-Sorb X800金埃谱有限责任公司恒温双向磁力搅拌90-3 型上海振容科学仪器有限公司超声波清洗器HK5200上海汉克科学仪器有限公司马弗炉名称规格钛酸正丁酯分析纯无水乙醇分析纯冰乙酸分析纯甲酸分析纯四丁基溴化铵分析纯FeCl 3 ? 6 H 2 O分析纯Cu (NO 3 )2 ? 3H 2O分析纯Ni(NO3)3 ?6H2O分析纯Zn(NO 3)2?6H 2O分析纯石脑油分析纯5、可行性分析：光催化氧化脱硫是指催化剂在适当波长的光的激发下产生电子一空穴对，催化剂上的空穴可 以通过捕获

14、曝吩类硫化物上硫原子的孤对电子将其吸附在表面形成基态阳离子，催化剂上的电子 转移给氧和过氧化氢分别形成过氧基阴离子O22 一和自由基 OH, O22 和 OH具有较强的氧化性，能够将催化剂表面的基态阳离子氧化成极性高的飒或亚飒，甚至是硫酸根离子，再用极性溶剂进 行萃取分离。半导体材料 TiO2 具有稳定性好、 氧化能力强的特点， 是性能良好的光催化剂， 而负载型 TiO 的光催化活性大于体相 TiO 2 ，因此负载型 TiO 2被广泛应用于光催化反应的研究中 .所以无论是从 当代的社会需要还是理论分析上，此实验都具有很高的必要性和可行性。查阅文献可知，实验，基本方法是利用单因素实验和正交实验确

15、定最佳条件，然后对脱硫性 能研究。可以在老师的指导下，掌握正确的方向，且学校实验室完全能满足以上实验所需要的条 件。6、论文提纲一序言1. 石脑油脱硫研究的现状2. 石脑油中含硫化合物的类型及含量3. 半导体光催化的应用4. 本实验的研究意义5. 影响光催化剂活性的因素二. 金属掺杂二氧化钛光催化剂的制备1. 前言2. 溶胶凝胶法光制备光催化剂3. 催化剂的表征4. 结果与探讨5. 结论三金属掺杂二氧化钛光催化剂对石脑油光催化氧化脱硫的研究1. 引言2. 实验试剂与仪器3 试验方法4. 结果与讨论5. 结论四总结与展望1. 总结2 展望7、时间进程 1-2 周：开题报告撰写阶段，实验方案设计、

16、实验仪器及药品清单、毕业论文的开题工作。3 周：实验准备阶段，实验室地点的确定，上报所需仪器及药品详细清单(按表格填写)；由教研 室上报实验室采购及准备；实验室安全操作培训及考核，制定进入实验室的详细实验方案并领取 药品及设备。4-13 周：实验阶段，做好实验安全操作及防护工作，特别是实验室的水、电、气等，做好签到考 核工作。14-15 周：撰写毕业论文16 周：毕业论文答辩8、参考文献：1 陈兰菊，郭绍辉，赵地顺 .催化裂化汽油中特征硫化物噻吩的催化氧化脱硫J 化工学报， 2007,58(3): 652655.2 赵地顺，任红威，马四国等 . 催化裂化汽油的相转移催化氧化脱硫反应研究 J 北

17、学学报 .2006,64(20 ) :2086一 20903 Shiraishi Y, Hirai T, Komasawa I. Photochemical Desulfurization of lightOils UsingOil/Hydrogen Peroxide Aqueous Solution Extraction System: Application forHigh Sulfur ContentStraight-Run light Gas Oil And Aromatic Rich light Cycle OilJ.Journal of Chemical Engineering o

18、fjapan, 1999, 32 (1): 158-161.4 Gyanesh P. Desulfurization with Zinc Titanate SorbentsP. US:6338794, 2002.5 Gyanesh P. Desulfurization and Novel Sorbents for SameP. US:6346190,2002-02-12.6 王鹏, 陈 辉, 宗保宁.降低 催化裂 化汽油 硫质 量浓度 的固体 助剂 J.石油炼制 与化 工.2003,34(10):14-177 曾丹林，胡义，王可苗，等.燃料油萃取脱硫技术研究进展 j. 石油炼制与化工 ,2012,43(5)：98-102.8 罗云峰，龙晓达 .生物脱硫技术在西南油气田的应用前景探讨.石油与天然气化工， 2006 35 (3 ):198 -2039 D.L King,C Faz,T Flynn.Desulfurization of gasoline feedstocks for application in fuel reformingC.De