Pr离子掺杂TiO2光催化剂的制备及催化降解双酚A的研究开题报告

 2022-07-31 11:24:03

1. 研究目的与意义

选择本课题主要从三个方面考虑:

  1. 双酚A对食品安全方面的危害:双酚A是工业上的一种重要原料,生产与使用将进一步扩大,但它是一种环境雌激素,对人类的健康造成威胁,属于低毒物质。人们在日常生活中可通过皮肤、呼吸道、消化道等途径与 BPA 进行接触。BPA 进入机体后,与细胞内雌激素受体相结合,通过多种反应机制产生拟雌激素或抗雌激素作用,从而影响内分泌、生殖和神经系统、以及产生促癌等不良作用。每年全世界生产2700万吨含有BPA的塑料,但BPA也能导致内分泌失调,威胁着胎儿和儿童的健康。癌症和新陈代谢紊乱导致的肥胖也被认为与此有关。所以,为防止因双酚 A 超标而造成的一系列安全问题,优化一种有效的降解食品包装、塑料制品、水源中双酚 A 含量的方法变得尤为重要。

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    2. 研究内容和预期目标

    TiO2是一种性质稳定、无毒、成本低廉的光催化剂,在环境治理和能源开发方面有广泛的应用价值。但其因具有较高的禁带宽度(约3.2e V)以及光生电子和空穴的高复合率,而使该催化剂对可见光的响应能力受到极大的限制,如何提高纳米TiO2的光催化对可见光的响应能力是我们将要解决的关键问题。

    一、掺杂何种物质可以提高TiO2的光催化对可见光的响应能力

    二、如何掺杂制备纳米TiO2光催化剂

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    3. 国内外研究现状

    在应用研究方面,1977年,Frank和Bard首次报道了以悬浮TiO#8322;的粉末光催化降解含氰和亚硫酸盐的溶液,提出利用半导体光催化反应处理工业废水中的有害物质,在半导体微米悬浮体系中进行光催化消除有机污染物的研究日趋活跃起来。这一研究发现在科学界引发了一场经久不息的废水治理的光催化技术研究和开发热潮。尤其进入80年代以后,半导体多相光催化随着环境问题的日益严峻,大气、水体污染的不断加剧而逐渐受到关注,在近30年来发展成为一个新的研究热点,开辟了光半导体材料在环境保护方面应用的新领域。目前,研究液固相光催化应用于工业废水的治理得到了很大的发展,范围也非常广泛,包括对各类有机污染物等的降解(Hermann et al,1993;Hoffmann et al,1995)。美国、欧洲、日本以及世界各国均有许多机构在进行有关光催化环境治理技术的研究。根据一些研究者的估测,使用TiO#8322;的光催化环境治理技术,其经济性无论现在和未来与其它相关技术相比都是有竞争力的,又由于光催化技术具有经济、广谱、彻底净化等优势,所以正在获得日益广泛的关注。1985年,Matsunaga等首次发现TiO#8322;在紫外光照射下具有良好的杀菌作用,此后TiO#8322;光催化抗菌机理研究一直倍受关注,应用研究也从此扩展到医疗、卫生、消毒等领域。1972年,日本东京大学Fujishima和Honda在Nature杂志上发表关于在TiO#8322;电极上光分解水制氢的现象,被称为“本多一藤岛”效应,可以看作是半导体多相光催化新时代开始的标志。此后20多年,藤岛昭、桥本和仁、渡部俊也等教授领衔从事TiO#8322;纳米的基础、应用及技术开发工作,半导体光催化开始蓬勃发展,作为一种新的工业技术,以其神奇的功能日益受到环保产业的垂青,在空气净化、脱臭、水处理、防污等领域有着广阔的应用前景,市场规模正在迅速扩大。日本、美国、加拿大、法国等发达国家均投入了大量的资金和研究力量从事光催化功能材料和相应技术的研究开发,涉及光催化的研究报道日益增多。

    在制备工艺方面,国内外已经进行大量的研究,建立多种TiO#8322;粉体和薄膜的制备方法和工艺。制备TiO#8322;纳米粉体的方法归纳起来可分为气相法和液相法两大类;TiO#8322;薄膜的制备方法包括液相沉积法、化学气相沉积法、溶胶一凝胶法、热分解法以及磁控溅射法等(范崇政,2001。)并且建立了通过半导体藕合、贵金属沉积、染料敏化与掺杂等有效手段和方法,来改善TiO#8322;光催化特性(陈国平等,2001)。

    与发达国家相比,我国无论在基础研究还是应用开发研究方面均起步较晚,但发展十分迅速。尤其是随着纳米技术的兴起,以及国家对纳米光催化技术研究的重视,使得我国在这方面的研究得到了蓬勃的发展。目前,国内从事纳米光催化技术研究和开发的科研小组近多300家(石庆平,1999)。在“九五”期间,国家己投重资在福州大学进行光催化产业化的研究。“十五”及“十一五”期间,国家将纳米技术列为重要的研究项目,各级地方政府和企业对光催化技术及其应用前景也十分看好。北京市和北京首创集团已在清华大学投巨资建立专门研究纳米光催化剂的研发中心。

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    4. 计划与进度安排

    2018.12.25 - 2019.01.10查阅相关文献、资料, 撰写毕业论文开题报告;

    2019.03.01 - 2019.03.11拟定试验方案;

    2019.03.12 - 2019.03.13准备实验材料、仪器等;

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    5. 参考文献

    [1]王琳. 我国饮用水中BPA的污染现状及去除工艺[A]. 中国土木工程学会水工业分会给水委员会.饮用水安全控制技术会议暨中国土木工程学会水工业分会给水委员会第13届年会论文集[C].中国土木工程学会水工业分会给水委员会:中国土木工程学会,2013:8.

    [2]姚凯. 双酚A检测过程中背景污染来源分析[A]. 中国毒理学会兽医毒理学委员会、中国畜牧兽医学会兽医食品卫生学分会.中国毒理学会兽医毒理学委员会与中国畜牧兽医学会兽医食品卫生学分会联合学术研讨会暨中国毒理学会兽医毒理学委员会第5次全国会员代表大会会议论文集[C].中国毒理学会兽医毒理学委员会、中国畜牧兽医学会兽医食品卫生学分会:中国畜牧兽医学会,2017:5. [3]汪仕韬,曹霞,朱昊浩,陈君,王敏,殷晶晶.塑料包装材料中双酚A毒性及检测研究进展[J].包装与食品机械,2019,37(01):69-72.

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