基本信息
- 项目名称：
- 新型光催化剂的制备及其高太阳光活性的研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本课题采用一种简单的方法制备了改性负载型二氧化钛光催化剂，并利用此新型改性光催化剂在太阳光照射下对高浓度的罗丹明B溶液进行降解。实验发现，经过短时间的太阳光照射，紫红色罗丹明B溶液被迅速降解至无色。此种催化剂具有良好的太阳光利用率，在太阳光能源利用以及环境污染处理方面具有广阔的应用前景。
- 详细介绍：
- 本实验以大孔MCF分子筛为基底，水热法制备了MCF负载TiO2催化剂，又以氟化铵为改性剂，采用直接研磨煅烧法制备了改性后的MCF-TiO2。实验中分别设置了在100℃，200℃，300℃，400℃，500℃下煅烧和未煅烧条件下进行改性，实验结果表明，经氟化铵煅烧改性后的催化剂的降解效果明显要好于没有经过改性的MCF-TiO2当煅烧温度在200-300°C左右时制备的催化剂的降解效果最佳，仅仅45min后罗丹明B已经完全降解干净，甚至催化剂也已恢复其本身的淡黄色。这说明我们制备的新型氟化铵改性催化剂具有极佳的太阳光降解效果经过氟化铵改性的催化剂在太阳光下降解罗丹明B的光催化剂效果极佳，经过短短45分钟的太阳光照射，即可将光催化剂降解成无色物质。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 环境污染已经成为严重制约我国可持续发展战略的瓶颈，它所导致的绿色贸易壁垒、国家安全和人民生存危机日益严峻。因此，开发治理环境污染的新材料、新技术和新方法是一项极其重要而迫切的研究课题。 纳米TiO2可以利用太阳光将绝大多数环境有机污染物彻底降解为无毒、无害的H2O和CO2，不产生二次污染，且廉价易得，被认为是最具应用前景的环境治理光催化剂之一。 本课题采用一种简单的方法制备了负载型TiO2光催化剂，此新型改性光催化剂在太阳光照射下对高浓度的罗丹明B溶液进行降解实验。实验发现，经过短时间的太阳光照射，罗丹明B被迅速降解至无色。实验结果表明该课题的研究在太阳光能源利用以及环境污染处理方面具有广阔的应用前景。
科学性、先进性
- 本实验以大孔MCF分子筛为基底制备了MCF负载TiO2催化剂，又以氟化铵为改性剂，采用直接研磨-空气煅烧法制备了氟化铵改性MCF-TiO2。此新型负载型催化剂，可在太阳光直接照射下将有机污染物罗丹明B迅速降解。结果表明改性后制得的样品，对模拟污染物罗丹明B的降解率在短时间内即可达到100%。 本实验还与市场化的光催化剂P25进行对比。紫外光下P25降解同样的模拟污染物罗丹明B需要更长的时间。相同时间内，P25降解程度没有本产品效果好。
获奖情况及鉴定结果
- 2011年 5月，华东理工大学“奋进杯”校二等奖（华东理工大学）
作品所处阶段
- 实验室研究阶段
技术转让方式
- 正在申请专利，暂无技术转让
作品可展示的形式
- 实物，现场演示，图片，样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 目前相关的产品仍然处于实验室研制阶段，对于各种光催化剂的研究也在如火如荼地进行。该课题制备的产品不仅生产工艺简单，成本低廉，而且在降解有机污染物方面也已达到相当理想的效果。关键是可以直接利用太阳光降解有机污染物，能大大节省能源，同时使其应用面也大大拓宽，不需要过多考虑光源的使用不便等。待该产品研发成熟，可以投入工业生产和实际应用，对环境中的各种有毒污染物进行光降解。可以说该课题的研究在太阳光能源的利用以及环境污染处理方面具有广阔的应用前景。
同类课题研究水平概述
- 随着社会的发展，环境污染问题越来越严重。进入80年代，半导体多相光催化逐渐受到关注，现在光催化降解和消除环境污染物已成为其中最为活跃的一个研究方向，并使半导体多相光催化在近30年来发展成为一个新的研究热点，从而开辟了半导体催化剂在环境保护方面的新领域。 目前，用于光催化降解环境污染物的光催化剂多为n型半导体材料的金属氧化物，如TiO2、ZnO、SnO2等。在众多半导体光催化剂中，TiO2以其高活性、安全无毒、化学性质稳定、成本低等优点，被公认为环境治污领域最具开发前途的环保型光催化材料。另外，和其它半导体相比，TiO2具有较宽的带宽，能够引发一系列氧化还原反应。但是由于二氧化钛是一种宽禁带半导体，只有在紫外光的激发下才能表现光催化活性，然而太阳光中紫外光的含量只占3-5%，因此对二氧化钛进行改性，使其在可见光甚至是室内光源的激发下产生活性是目前众多研究者的研究热点。 研究表明，通过对半导体材料沉积贵金属或其它金属氧化物、硫化物，掺杂离子，光敏化以及表面还原处理等方法引入杂质或缺陷，有助于改善TiO2的吸收，提高稳态光降解量子效率及光催化效能。Mklare等以C2H5NH2、(C2H5)2NH、OHC2H4NH2为模型化合物，研究了Ag沉积改性不同类型TiO2的光催化效果，结果表明，在相同Ag担载量下，TiO2比面积越大，负载Ag后效果越好。陈慧等利用酸催化的溶胶—凝胶法，并经超临界干燥制备了具有锐铁矿型晶体结构、掺入铁、铬离子的纳米TiO2，并对吖啶橙溶液光催化氧化降解的影响进行了讨论。Asahi等采用在N2（40％）/Ar混合气体中溅射TiO2的方法制备了Ti2-xNx薄膜，XRD分析显示该薄膜为锐钛矿和金红石的混晶。Asahi在理论上计算了氮掺杂的TiO2能带结构及其粉体和薄膜的可见光催化作用，认为氮原子取代了TiO2中的氧原子，这些氮原子能够产生可见光敏化活性。Xiao等将掺杂和负载两种方法结合起来，制备了Fe3+掺杂-Au负载的TiO2光催化剂（Au/Fe-TiO2）。华南平等采用溶胶-凝胶法制备了N掺杂TiO2（N-TiO2），并用光分解沉积法在N-TiO2表面负载微量贵金属Pt，形成N、Pt共掺杂的纳米TiO2。
