化工毕业设计

攀枝花学院 Panzhihua University 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 开 题 报 告 题    目：    水解条件及掺钒量对多孔二氧化钛结构的影响研究                           院  （系）：  生物与化学工程学院                      专    业：  化学工程与 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程                           学生姓名:  张华  学  号:  200610901113            指 导 教 师:     田从学          职称：副教授            2010年  3  月  5  日 1 本课题的研究意义，国内外研究现状、水平和发展趋势 1.1 国内外研究现状、水平和发展趋势： 1.1.1国内外研究现状 进入21世纪以来，人类社会工业文明迅猛发展，全球工业化进程不断加速与此引发的环境问题也不断加剧，人类的生产活动和消费活动等对环境的污染日益严重。环境保护和可持续发展以成为人们面对的重大问题, 利用太阳能对污染物进行光催化降解是解决问题的途径之一。因此，光催化材料的研制和开发应用成为研究的热点之一，国家“十一五”科技 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 也将此作为材料领域内的重点研究 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 之一。二氧化钛具有化学性质稳定、光学和电学性质优异、光催化活性高等优点，且价廉、无毒，不造成二次污染，尤其是TiO2光催化剂在环境污染治理和抗菌，自清洁表面等方面，更受到国内外广大学者的极大关注。 就TiO2而言，也存在几个关键的技术难题制约着这一技术的大规模工业应用。首先是量子效率低，难以用于处理数量大、浓度高的工业废气和废水，其次主要原因是纯TiO2块体光催化材料的光生电子一空穴对复合几率较高，对太阳能的利用率较低，锐钛矿型TiO2的禁带宽度较宽(3.2eV)，仅能吸收利用太阳光中波长小于387nm的紫外光，而紫外光在太阳光中比例大约为4 %;第三是很难在既保持较高的光催化活性又满足特定的理化性能要求的条件下将其均匀地、牢固地负载在其它载体上。这些缺点严重阻碍了TiO2光催化材料的推广应用，也成为以二氧化钛为基础的光催化技术难以商业化的主要原因。因而如何发展和完善具有高光催化活性的TiO2，光催化剂的制备及其表面改性技术是当前光催化氧化技术商业化所面临和必需解决的一个关键问题。目前，提高TiO2的光催化性能大致从以下几个方面入手：(1)增大TiO2的比表面积。通过合成方法的改变，可以得到颗粒更细的TiO2颗粒或者纳米管，提高TiO2的比表面积，从而提其能催化性能。(2)合成纯锐钛矿晶型的TiO2。锐钛矿相的TiO2由于禁带较宽，光催化效果好。(3)用掺杂的方法改变TiO2禁带宽度和减少电子一空穴的复合。 近年来，纳米二氧化钛以其表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等性质；其晶体具有防紫外线、可见光透过、颜色效应和光催化等性能；而且其化学稳定性较好，使纳米二氧化钛被广泛应用于光催化、环境保护、化妆品、陶瓷食品保鲜等领域，给我们的生活带来重大变革。因此，它的制备与应用研究倍受世界关注。 纳米二氧化钛多相光催化降解有机污染物以其反应速度快、适用范围广、深度氧化完全、能充分利用太阳光和空气(水相中)的氧分子等优点而倍受青睐，特别是当有机污染物浓度很高或用其他方法很难降解时，这种技术有着更明显的优势。然而总体上仍然处于理论探索和实验室阶段，尚未达到产业化规模。主要是如下问题限制了二氧化钛的实际应用：纳米二氧化钛颗粒细小，在废水处理过程中造成随水流失浪费，回收很困难，现阶段所采用的载体和固载方法的研究成果仅限于实验室中，对于大规模的应用于实际生产的载体和固载方法还有待进一步探讨；在目前研究中，以TiO2为主的光催化剂只能吸收太阳光的紫外线部分，而不能充分利用太阳光中可见光部分，但太阳光中仅有3～4％的紫外光，因此TiO2光催化的量子产率低、需要紫外光激发等缺点使其应用还存在一些问题。 1992年，美国Mobil石油公司研究人员通过在自组装的季按盐型阳离子表 面活性剂液晶分子模板存在下通过水热反应制备出直径为1.5～10nnm的二化硅基介孔分子筛，孔的大小可以通过改变表面活性剂烷基链长来加以控制。从 而打破了沸石分子筛合成的传统方法，因此近年来有关此类材料的研究引起了 各国研究人员的浓厚兴趣。 1995年Ying等首次报道以烷基磷酸盐阴离子表面活性剂作模板，改进溶胶-凝胶法（Sol-Gel）合成二氧化钛介孔分子筛材料。因介孔二氧化钛材料具有高比表面积、发达有序的孔道结构、孔径尺寸在一定范围内可调、表面易于改性等特点，使得它在水处理、空气净化、太阳能电池、纳米材料微反应器、生物材料等方面表现出广阔的应用前景而备受瞩目。 Jimmy等人通过对空气中丙酮的光氧化反应证明了介孔TiO2薄膜比纳米TiO2 (P25) 薄膜具有更高的光催化活性。在介孔TiO2 中选择性掺杂是改善其光活性的有效方法之一，介孔TiO2 中掺杂Ag不但能增加可见光催化降解染料效率，还能从照相废弃物中回收Ag 。 近来研究表明，氮掺杂取代二氧化钛中少量晶格氧，使二氧化钛的带隙变窄，在不降低紫外光下活性的同时，使二氧化钛具有可见光活性，同时一些氧缺陷结构的形成及掺杂的其他离子如F－等能够促进表面酸性位和新的活性位的形成，增加催化活性。此外，当反应体系中加入氧化剂后，能削弱光生电子与光生空穴的复合过程，使它们更有效地参加目标反应，氧化剂不同，加速反应进程的能力有差异，并可抵消体系缺氧的倾向，加速那些必须在强氧化性气氛中才能较快进行的反应。SO42-的强诱导效应能够显著提高TiO2的光催化量子效率。因此，掺杂和硫酸改性是提高TiO2催化剂光催化量子效率的有效途径。目前，这类催化剂已在环境污染治理、杀菌、抗癌、新材料、新物质合成等诸多领域表现出良好的应用前景。然而，这些催化剂比表面积较小，吸收波长主要在紫外区，太阳能利用率低，载流子复合率高，量子化效率低，且制备工艺繁琐，成本高等缺点，限制了其广泛应用。 1.1.2国内外研究现状和发展趋势 国内外对掺杂二氧化钛以及二氧化钛掺杂性能的研究多集中在如何进一步提高二氧化钛的光催化活性、同时光催化剂应易于再生以及循环回收利用。目前，对二氧化钛掺杂改性研究方法有：（1）半导体表面贵金属沉积：采用普通浸渍还原法或光还原法淀积Pt，Pd，Ag，Au，Ru等，以提高其催化活性；（2）复合半导体：近年来研究的一些二元复合半导体如TiO2-CdS，CdS-AgI等由于TiO2与半导体复合后增加了半导体吸收质子或电子的能力，表现出高于单一组分的光催化活性；（3）表面光敏化：通过将光活性化合物化学吸附或物理吸附于光催化剂表面，从而扩大激发波长范围，增大催化活性]；此外还有表面螯合，添加电子俘获剂，使半导体与粘土交连等表面光敏化方式来改善界面电子的转移，提高半导体的催化性；(4) 过渡金属离子掺杂：即在半导体中掺杂不同价态的金属离子，使金属离子掺杂在半导体晶格中引入缺陷位，或改变其结晶度，成为光生电子和光生空穴的捕获中心，影响电子－空穴对的复合，提高表面羟基位，改善光催化效率，这不仅可以改善半导体的光催化作用，而且还可以使半导体的吸收波长范围扩展至可见光区。 经过研究的不断深入，钒掺杂制备多功能材料将提高二氧化钛的利用价值和经济效益，并得到广泛的应用特别是在环境保护等方面。(1) 掺氮和氮氢共掺杂氧化钛能带结构和可见光吸收研究不断深入；(2) 纳米二氧化钛光催化在环境保护上的应用不断增加；(3) 半导体二氧化钛的光催化作用研究成为热点；(4) 纳米二氧化钛及其复合物进军生物电化学领域；（5）纳米二氧化钛制取趋于复合粉体。 1.2 课题的研究意义 目前国际二氧化钛市场需求旺盛，尤其是对具有可见光催化性能的新型二氧化钛，更是未来发展的重点。国外先进国家对环境质量高度重视，从居家生活卫生的要求，乃至于对大气污染防治、水体污染防治、抗菌除霉等实际用途的需要，都使得具有可见光催化性能的二氧化钛应用领域日益扩大。本课题致力于具有可见光催化性能的新型二氧化钦的研究，具有广阔的市场前景和巨大的经济效益。其次，本课题的开展具有一定的理论探索意义，这也将对攀枝花地区钛资源深度开发利用提供新的理论和实践。 不同的起始原料因化学性质的差异，掺杂离子种类和掺杂量，制备方法差异等都将影响催化剂的结构和催化性能。以工业钛液为原料，在钒掺量、钛铁比、熟化时间、升温速率、水解时间、二沸后钛液浓度这六个工艺条件取5个点，组成六因素五水平正交试验，通过热水解方式，经固液分离得到掺杂的多孔二氧化钛，探讨合成二氧化钛工艺中上述工艺条件对合成的偏钛酸及多孔二氧化钛结构的影响，并依据掺杂多孔二氧化钛的结构特征对其合成条件进行分析探讨，探求物质结构与制备工艺之间的关系。 2 本课题的基本内容，预计可能遇到的困难，提出解决问题的方法和措施 2.1 研究主要内容 本课题研究的主要内容是钒掺量、钛铁比、熟化时间、升温速率、水解时间、二沸后钛液浓度这些工艺条件对多孔二氧化钛结构的影响。 课题主要以攀西地区丰富的钒钛资源为实验主要原材料，其中钛来源于工业钛液，主要按六因素五水平正交试验确定的工艺条件，通过工业钛液热水解方式，并通过固液分离得到多孔二氧化钛，通过X射线衍射，BET，FT-IR等分析测试技术对所得的掺钒偏钛酸材料进行表征，结合结构分析探讨合成工艺中上述因素对多孔二氧化钛结构的影响，以及钛液热水解过程中的其他影响因素及原因，寻求最优工艺条件，得到最佳的催化效果，更好的应用于环保和生物柴油制备等领域。 2.2 可能遇到的困难，提出解决问题的方法 1、工业钛液的稳定性 直接以工业钛液为实验原料存在很多问题：首先工业钛液稳定性不佳，静置一周后会有硫酸亚铁析出，在使用工业钛液时应及时使用或在烘箱中40～50℃下保存，为后续操作提供了保障。 2、在掺杂钒过程中，掺杂物不可能完溶解 二氧化钛在酸性条件下水解获得，对pH值的要求大，近似强酸条件下，热水解过程中温度，酸度，水等因素的选择控制很难，在实验过程中容易出现结块，硬化的现象。钛液中掺钒后，钒不易溶解，应充分摇匀并适当加热使其溶解。 3、升温速率难控制 用电热套加热时，温度变化难精确控制。做实验过程中，应掌握每套装置的升温规律。 3 本课题拟采用的研究手段（途径）和可行性分析 3. 1 本课题拟采用的研究手段（途径） 3.1.1 本课题拟研究的方向 本课题研究的主要内容就是在按六因素五水平正交试验确定的工艺条件，通过工业钛液热水解方式，并通过固液分离得到多孔二氧化钛，通过X射线衍射，BET，FT-IR等分析测试技术对所得的多孔二氧化钛材料进行表征，结合结构分析探讨合成工艺中上述因素对多孔二氧化钛结构的影响，寻求最优工艺条件。 3.1.2 本课题的所需的药品、试剂和实验仪器 （1）药品：工业钛液、偏钒酸铵、硫酸亚铁铵、亚甲基蓝、去离子。 （2）仪器：电热套（带电磁搅拌的水浴或油浴）、三口烧瓶、烘箱、箱式电阻炉（马弗炉）、真空抽滤装置、烧杯、玻璃棒、胶头滴管、温度计、坩埚等。 3.1.3 本课题的研究内容的影响因素 钒掺量、钛铁比、熟化时间、升温速率、水解时间、二沸后钛液浓度（实验各选取五个点）。正交表如下： 3. 1. 4本课题的工艺路线 （1）钛液稀释 将工业钛液配成TiO2浓度为210g／L。 （2）按正交表在钛液中加入偏钒酸铵，并控制好钛铁比，并将钛液于锥形瓶中预热至95±1℃，底水（盛于250mL三口烧瓶，低水25mL）预热至95±1℃。 （3）将预热好的稀释钛液按照预定时间17~20min加入到底水中（自生晶种），加料速率控制在7.6ml/min附近；记录好加料时间及对应温度 （4）按正交表的升温速率将钛加热至沸腾（沸腾温度约103℃。~106℃），保持微沸；记录好时间及对应温度。 （5）出现变灰点后（及加2~3滴水形成水珠，然后滴加1滴热水解钛液看是否变为灰白），记录下时间和温度，并停止加热和搅拌，时间按正交表控制；结束时记录时间和温度。 （6） 按正交表的升温速率再次加热至沸腾（二沸），然后保持微沸；记录好时间及对应温度。 （7）二沸50min后，开始补加稀释水（10min左右加完），浆料TiO2浓度按正交表控制；记下对应的温度及加水时间。 （8）从二沸开始计时，水解时间按正交表控制，结束水解。取少量水解浆料（2ml左右放至小的玻璃试剂瓶（针剂用，洁净）），做偏钛酸的粒度分布分析。 （9）水解浆料稍冷后过滤，洗涤，用蒸馏水500ml洗涤滤饼，抽干；取出滤饼置于烧杯中，并编号；放在烘箱中，温度设为80℃烘10h。 （10）干燥后的粉末进行升温煅烧，控制煅烧强度，最终得到掺钒多孔二氧化钛。（煅烧条件为：室温升到180℃保温0.5h，再升到450℃保温1.5h，升温速率控制在10℃/min） 3.1.5 本课题的所需的表征手段 通过X射线衍射，BET，FT-IR等分析测试技术多所得的掺钒偏钛酸材料进行表征，并利用亚甲基蓝光催化反应体系评价正交实验样品的光催化活性，结合结构分析探讨合成工艺中上述因素对多孔二氧化钛结构的影响，寻求最优工艺条件。 3. 2 可行性分析 多孔二氧化钛的性能在很大程度上取决于其粒子形状、粒度和粒度分布，而其粒子形状、粒度和粒度分布在很大程度上又决定于硫酸氧钛水解所得偏钛酸粒子的粒度和粒度分布。因此，硫酸氧钛的水解是硫酸法钛自粉生产中非常关键的一步，在提高颜料用二氧化钛质量方面，控制好水解产物偏钛酸的粒度及粒度分布就显得非常重要 。迄今为止，对硫酸钛硫酸氧钛的水解因素，比如钛浓度、水解温度 、铁钛比、F值、水解时间、加热方式、搅拌速度等对水解速度的影响已经进行了一些研究，但是有关钒掺量、钛铁比、熟化时间、升温速率、水解时间、二沸后钛液浓度的研究少见报道。本文以目前硫酸法钛自水解的工业生产工艺条件为基础，通过正交试验研究了上述水解影响因素对水解产物偏钛酸及多孔二氧化钛的影响，并对水解的最优化条件进行了探讨。 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 人签名 年 月 日 4 进度计划 序号 日期 进度 1 12月13日～3月5日 参阅文献资料，做开题报告和文献综述，拟定 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 2 3月5日～3月31日 做实验前期准备 3 4月1日～4月10日 初步实验 4 4月11日～5月15日 方案优化改进 5 5月16日～5月31日 记录、分析、整理，拟出论文大体框架及内容 6 6月1日～6月10日 补充、修改毕业论文 7 6月11日6月15日 准备论文答辩       5 指导教师意见（对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计结果的预测） 指导教师： 年  月  日 6 教研室主任意见 教研室负责人： 年  月  日