项目批准号
大学生研究训练（SRT）计划项目申
请书
项目名称： 负载型纳米催化剂的制备及其性能研究
申 请 人： 王智远
学院（中心）： 化学工程与工艺
专 业： 化学化工学院
指导教师: 王金刚 职称 副教授
申请日期： 2015 年 10 月 9 日
一、 简表
项目名称 负载型纳米催化剂的制备及其性能研究 项目来源 √A、自立项目； B、教师科研课题的子项目； C、其它。 经费来源 √A、学校资助 ； B、导师课题资助； C、企业资助； 申请经费 姓 名 项 学院（中心）目 学 号 申 请 人 电话 兴趣爱好 姓名 项 目 组 主 要 成 员 指导教师 研究专长 1000 1000元 性男 别 起止年月 民族 汉 2015.10-2016.10 出生年月 1995.10 化学化工学院 性别 出生年月 王金刚 学院 学院 专业 班级 电子邮件 特长 专业年级 化学化工学院 化学工程与工艺 项目中的 分工 职 称 联系电话 签字 副教授 13153185923 有机污染物处理、光催化剂的制备
二、 立项依据
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研究意义： 工业的飞速发展对生存环境造成了极大的污染，近年来，水污染、大气污染等日益加剧，有机污染物的降解已成为环境化学中的热点问题。目前有机污染物的处理方法主要有物理法、化学法、生物法等。物理法主要是利用吸附的方法对有机色素进行处理，并不能降解有机物；生物法耗时长、造价高，只能对污染物进行初级的处理；化学法可对有机污染物进行深度处理，但成本往往较高，处理和回收不彻底还会带来二次污染。常用的化学法有化学混凝法、光催化法、超声处理法等[1-3]。相对于其他化学处理方法，光催化法反应因其高效、廉价等优点而备受关注。目前主要研究应用的光催化剂有TiO2、ZnO等,但以P25、纳米ZnO为代表的粉末状催化剂在进行有机物降解处理时也有诸多不便，如自然环境下缺乏搅拌条件，导致催化剂沉于水底而失去作用。此外，粉末状催化剂还存在回收困难、易造成浪费和二次污染的缺陷[4]。将纳米光催化剂负载在载体上是解决上述问题的有效途径之一。 本次研究的目的是制备一种负载型纳米光催化剂，使其具有更高的比表面积和更低的使用成本，使用时可悬于液体表面，提高对光的利用率，后期回收也较为简单，可用于降解水中的有机物、清除水面浮油、染料脱色等。文献报道的载体轻质粉煤灰、空心玻化微珠等[5-6]，本次研究主要利用钢网为载体，利用水热法在其表面合成具有特殊形貌纳米ZnO，制备一种能同时进行油水分离和降解水中有机物的复合材料，该材料具有分离速率快、易回收利用等优点，在污水处理、油水分离等方面具有广阔的应用前景。 纳米ZnO有较高的光催化活性，但也存在稳定性较差的缺陷。有文献报道[7]，纳米ZnO在紫外线下易发生“光腐蚀”，造成其稳定性下降，重复利用次数减少，目前文献中解决这一问题主要采用掺杂N或其它贵金属的的方法[8]，使吸收带发生红移。这一方法的缺点是降低了对紫外光的利用，使降解效率有所降低，本次研究在合成负载型纳米ZnO的同时，探索在钢网表面构造一层Nafion膜负载ZnO,利用构造疏水性通道，在不改变吸收带的前提下，提高ZnO的抗腐蚀能力，进而提高其催化性能。 现状分析： 2
1、氧化锌的制备 目前纳米氧化锌的制备主要有溶胶-凝胶法、直接沉淀法、电化学沉积法、水热合成法、模板法等[9]，其中水热合成法为最常用的一种方法，该法在水热反应釜内进行，主要用水作为反应体系的溶剂介质，在高温高压的条件下，形成新的形貌和新的物相。使用该方法获得的氧化锌形貌丰富、大小易控制、原料来源丰富，本次实验探究拟采用该种方法。 2、纳米ZnO的不同形貌 目前纳米ZnO主要以线状、片状、磁盘状、棒状等一维结构比较多[10-11]，如图1所示，本次实验探究在钢网表面合成二维或三维六棱柱型ZnO,提高其催化活性，如图二所示。 图一 不同形貌的ZnO 图二 文献中钢网负载ZnO 3、负载型纳米ZnO光稳定性的提高 大量实验证明[12]，ZnO光催化剂易被空穴氧化而发生光腐蚀，且在过酸过碱的环境下有溶解的趋势，导致其光催化活性降低，影响其光催化效率和循环使用，目前文献中关于这一问题的解决方法鲜见报道。在ZnO表面建立亲水性通道可能是解决这一难题的有效手段，其机理如图3所示[13]通过离子交换和沉淀反应制备了全氟磺酸膜负载氧化锌，利用膜上的亲水性通道提高氧化锌的抗腐蚀能力。 3
本次研究，探索在钢网上利用Nafion膜负载ZnO,利用膜上的亲水性通道，增加抗光腐蚀能力的可行性。 图三 疏水性通道提高光稳定性机理 参考文献： [1] 卢建杭.印染废水混凝脱色与染料结构与混凝剂之间的关系[J].工业水处理，1999,19（4）：28-30 [2] 吴海宝，焦晓东.太阳能-TiO2非均相光催化污水脱色研究[J].中国环境科学，1997,17（1）：93-95 [3] Fan X M, Lian J S, Guo Z X. Microstructure and photoluminescence properties of ZnO thin films grown by PLD on Si(111) substrates [J]. Appl. Surf. Sci, 2005, (239): 176-181 [4] Jingang Wang ,Bin He ,Xiang Z.Kong . A study on the preparation of floating photocatalyst supported by hollow TiO2 and its performance[J]. Appl. Surf. Sci.,2015(327):406-412 [5] Wu D,Huo PW, Lu ZY, Gao X, et,al, Preparation of heteropolyacid/TiO2/fly-ash-cenosphere photocatalyst for the degradation of ciprofloxacin from aqueous solutions[J]. Appl. Surf. Sci, 2012(258):7008-7015 [6] Huo PW, Yan YS, Li ST, Li HM, Huang WH. Floating photocatalysts of fly-ash cenospheres supported AgCl/TiO2 films with enhanced Rhodamine B photodecomposition activity[J]. Desalination .2010(256):196–200 4
济南大学SRT项目申请书（修改） - 图文
