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基本信息

項(xiàng)目名稱：
新型光催化劑的制備及其高太陽光活性的研究
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
本課題采用一種簡(jiǎn)單的方法制備了改性負(fù)載型二氧化鈦光催化劑，并利用此新型改性光催化劑在太陽光照射下對(duì)高濃度的羅丹明B溶液進(jìn)行降解。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過短時(shí)間的太陽光照射，紫紅色羅丹明B溶液被迅速降解至無色。此種催化劑具有良好的太陽光利用率，在太陽光能源利用以及環(huán)境污染處理方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
詳細(xì)介紹：
本實(shí)驗(yàn)以大孔MCF分子篩為基底，水熱法制備了MCF負(fù)載TiO2催化劑，又以氟化銨為改性劑，采用直接研磨煅燒法制備了改性后的MCF-TiO2。實(shí)驗(yàn)中分別設(shè)置了在100℃，200℃，300℃，400℃，500℃下煅燒和未煅燒條件下進(jìn)行改性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)氟化銨煅燒改性后的催化劑的降解效果明顯要好于沒有經(jīng)過改性的MCF-TiO2當(dāng)煅燒溫度在200-300°C左右時(shí)制備的催化劑的降解效果最佳，僅僅45min后羅丹明B已經(jīng)完全降解干凈，甚至催化劑也已恢復(fù)其本身的淡黃色。這說明我們制備的新型氟化銨改性催化劑具有極佳的太陽光降解效果經(jīng)過氟化銨改性的催化劑在太陽光下降解羅丹明B的光催化劑效果極佳，經(jīng)過短短45分鐘的太陽光照射，即可將光催化劑降解成無色物質(zhì)。

作品圖片

  • 新型光催化劑的制備及其高太陽光活性的研究
  • 新型光催化劑的制備及其高太陽光活性的研究

作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

環(huán)境污染已經(jīng)成為嚴(yán)重制約我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的瓶頸，它所導(dǎo)致的綠色貿(mào)易壁壘、國家安全和人民生存危機(jī)日益嚴(yán)峻。因此，開發(fā)治理環(huán)境污染的新材料、新技術(shù)和新方法是一項(xiàng)極其重要而迫切的研究課題。 納米TiO2可以利用太陽光將絕大多數(shù)環(huán)境有機(jī)污染物徹底降解為無毒、無害的H2O和CO2，不產(chǎn)生二次污染，且廉價(jià)易得，被認(rèn)為是最具應(yīng)用前景的環(huán)境治理光催化劑之一。 本課題采用一種簡(jiǎn)單的方法制備了負(fù)載型TiO2光催化劑，此新型改性光催化劑在太陽光照射下對(duì)高濃度的羅丹明B溶液進(jìn)行降解實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過短時(shí)間的太陽光照射，羅丹明B被迅速降解至無色。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該課題的研究在太陽光能源利用以及環(huán)境污染處理方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

科學(xué)性、先進(jìn)性

本實(shí)驗(yàn)以大孔MCF分子篩為基底制備了MCF負(fù)載TiO2催化劑，又以氟化銨為改性劑，采用直接研磨-空氣煅燒法制備了氟化銨改性MCF-TiO2。此新型負(fù)載型催化劑，可在太陽光直接照射下將有機(jī)污染物羅丹明B迅速降解。結(jié)果表明改性后制得的樣品，對(duì)模擬污染物羅丹明B的降解率在短時(shí)間內(nèi)即可達(dá)到100%。 本實(shí)驗(yàn)還與市場(chǎng)化的光催化劑P25進(jìn)行對(duì)比。紫外光下P25降解同樣的模擬污染物羅丹明B需要更長的時(shí)間。相同時(shí)間內(nèi)，P25降解程度沒有本產(chǎn)品效果好。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

2011年 5月，華東理工大學(xué)“奮進(jìn)杯”校二等獎(jiǎng)（華東理工大學(xué)）

作品所處階段

實(shí)驗(yàn)室研究階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

正在申請(qǐng)專利，暫無技術(shù)轉(zhuǎn)讓

作品可展示的形式

實(shí)物，現(xiàn)場(chǎng)演示，圖片，樣品

使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

目前相關(guān)的產(chǎn)品仍然處于實(shí)驗(yàn)室研制階段，對(duì)于各種光催化劑的研究也在如火如荼地進(jìn)行。該課題制備的產(chǎn)品不僅生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，而且在降解有機(jī)污染物方面也已達(dá)到相當(dāng)理想的效果。關(guān)鍵是可以直接利用太陽光降解有機(jī)污染物，能大大節(jié)省能源，同時(shí)使其應(yīng)用面也大大拓寬，不需要過多考慮光源的使用不便等。待該產(chǎn)品研發(fā)成熟，可以投入工業(yè)生產(chǎn)和實(shí)際應(yīng)用，對(duì)環(huán)境中的各種有毒污染物進(jìn)行光降解?？梢哉f該課題的研究在太陽光能源的利用以及環(huán)境污染處理方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

同類課題研究水平概述

隨著社會(huì)的發(fā)展，環(huán)境污染問題越來越嚴(yán)重。進(jìn)入80年代，半導(dǎo)體多相光催化逐漸受到關(guān)注，現(xiàn)在光催化降解和消除環(huán)境污染物已成為其中最為活躍的一個(gè)研究方向，并使半導(dǎo)體多相光催化在近30年來發(fā)展成為一個(gè)新的研究熱點(diǎn)，從而開辟了半導(dǎo)體催化劑在環(huán)境保護(hù)方面的新領(lǐng)域。 目前，用于光催化降解環(huán)境污染物的光催化劑多為n型半導(dǎo)體材料的金屬氧化物，如TiO2、ZnO、SnO2等。在眾多半導(dǎo)體光催化劑中，TiO2以其高活性、安全無毒、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、成本低等優(yōu)點(diǎn)，被公認(rèn)為環(huán)境治污領(lǐng)域最具開發(fā)前途的環(huán)保型光催化材料。另外，和其它半導(dǎo)體相比，TiO2具有較寬的帶寬，能夠引發(fā)一系列氧化還原反應(yīng)。但是由于二氧化鈦是一種寬禁帶半導(dǎo)體，只有在紫外光的激發(fā)下才能表現(xiàn)光催化活性，然而太陽光中紫外光的含量只占3-5%，因此對(duì)二氧化鈦進(jìn)行改性，使其在可見光甚至是室內(nèi)光源的激發(fā)下產(chǎn)生活性是目前眾多研究者的研究熱點(diǎn)。 研究表明，通過對(duì)半導(dǎo)體材料沉積貴金屬或其它金屬氧化物、硫化物，摻雜離子，光敏化以及表面還原處理等方法引入雜質(zhì)或缺陷，有助于改善TiO2的吸收，提高穩(wěn)態(tài)光降解量子效率及光催化效能。Mklare等以C2H5NH2、(C2H5)2NH、OHC2H4NH2為模型化合物，研究了Ag沉積改性不同類型TiO2的光催化效果，結(jié)果表明，在相同Ag擔(dān)載量下，TiO2比面積越大，負(fù)載Ag后效果越好。陳慧等利用酸催化的溶膠—凝膠法，并經(jīng)超臨界干燥制備了具有銳鐵礦型晶體結(jié)構(gòu)、摻入鐵、鉻離子的納米TiO2，并對(duì)吖啶橙溶液光催化氧化降解的影響進(jìn)行了討論。Asahi等采用在N2（40％）/Ar混合氣體中濺射TiO2的方法制備了Ti2-xNx薄膜，XRD分析顯示該薄膜為銳鈦礦和金紅石的混晶。Asahi在理論上計(jì)算了氮摻雜的TiO2能帶結(jié)構(gòu)及其粉體和薄膜的可見光催化作用，認(rèn)為氮原子取代了TiO2中的氧原子，這些氮原子能夠產(chǎn)生可見光敏化活性。Xiao等將摻雜和負(fù)載兩種方法結(jié)合起來，制備了Fe3+摻雜-Au負(fù)載的TiO2光催化劑（Au/Fe-TiO2）。華南平等采用溶膠-凝膠法制備了N摻雜TiO2（N-TiO2），并用光分解沉積法在N-TiO2表面負(fù)載微量貴金屬Pt，形成N、Pt共摻雜的納米TiO2。
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