检索报告

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文 献 检 索 报 告

报告名称：纳米TiO_2光催化剂的合成及对苯酚废水的降解研究

负 责 人：黄海龙

单 位：07精细化工班

完成日期：2010年11月6日

项 目 中文：纳米TiO_2光催化剂的合成及对苯酚废水的降解研究 名 称 英文：Study of the Synthesis of Nano-TiO_2 Photocatalyst and Its Decomposition Activity in Phenol-contaminated Water 一、检索目的 立项□ 调研□√ 二、检索项目的科学技术要点 （选题10分） 本研究拟采用苯酚为目标污染物作为模拟生物难降解有机废水，将制备的纳米TiO2粉体、颗粒活性炭（AC）负载的纳米TiO2/AC和掺杂改性的纳米M-TiO2/AC光催化剂对苯酚的光降解作初步研究。探讨制备条件对纳米TiO2光催化降解苯酚的催化活性的影响，为TiO2光催化氧化处理生物难降解废水的研究提供实验依据，因此，本课题具有一定的理论和实际意义。 研究现状：1972年日本东京大学Fujishima和Honda研究发现二氧化钛(TiO2)半导体可使水催化分解成氢和氧[11]，将半导体TiO2为一项新的污染治理技术，日益受到各国研究人员的重视。1976年，加拿大科学家Carey等将TiO2光催化应用于剧毒多氯联苯的降解研究，开始了半导体TiO2体系中发现卤代有机物如三氯乙烯，二氯甲烷等矿化，为治理水、大气等环境污染提供新的方法和手段。纳米TiO2用于光催化剂降解污染物具有独特优点：它不仅具有氧化能力强，能耗低和降解完全等优点，而且在价廉、无毒、无二次污染、可长期使用等方面也优于传统的污染治理方法。研究表明，TiO2光催化能够降解水和空气中烷烃、烯烃、脂肪醇、酚类、羧酸、芳香族化合物及卤化物[15,16]，将染料、表面活性剂、除草剂、杀虫剂、氰化物、亚盐等光催化降解为无毒小分子物质，清除其对环境的污染。此外，TiO2在杀菌消毒、光解水产H2等方面的研究也取得了一定的进展。 虽然许多金属氧化物半导体如TiO2、ZnO、CdS、Fe2O3、SnO2、WO3等具有光催化活性，但TiO2具有无毒、活性高、廉价、耐紫外光腐蚀、耐强酸强碱和耐强氧化剂的特点，以其催化活性高和反应条件温和等优点，在污水处理、空气净化、太阳能利用、抗菌、防雾和自洁净等领域有广阔的应用前景而受到了广泛关注。 利用、抗菌、防雾和自洁净等领域有广阔的应用前景而受到了广泛关注。目前研究最多的是降解染料废水中的有机物。纳米技术至诞生30多年来已取得了巨大的成就并且影响和渗透到各个领域，纳米材料在环境保护、环境治理和节约能源方面的应用已经呈现出欣欣向荣的景象。发展趋势：如今光催化剂研究领域终点发展方向就是空气净化和废水处理技术。 技术路线： 以粒状活性炭为载体,钛酸丁酯和乙醇为原料,用溶胶2凝胶法及浸渍法制备负载型TiO2光催化剂. 通过加入不同分子量和质量的聚乙二醇降低催化剂表面TiO2 的粒径,增大比表面积,提高TiO2/C 光催化剂的吸附性和光催化活性。 三、文献检索范围及检索策略 (30分) 中文检索词及检索式： 关键词：光催化剂、二氧化钛、活性炭、离子掺杂、苯酚 检索的中文期刊数据库及命中结果： 中国期刊全文数据库：用关键词光催化剂，共找到4490个记录 维普中文科技期刊数据库：用关键词光催化剂，共找到2057篇与光催化剂相关的文章 检索中国专利数据库结果：用光催化剂做关键词，共找到714条记录，命中结果30 英文检索词及检索式： Key word: Titanium dioxide,Photocatalyse oxidation,Active Carbon,ion doping, phenol 检索的英文数据库结果： Springer全文数据库: Search results for 'photocatalyst oxidation' with no filters Viewing items 1 - 10 of 1,074 Elsevier SDOS全文数据库:以光催化剂为关键词搜索结果为2057篇相关文章 美国专利索引数据库：Results of Search in US Patent Collection db for: \"photocatalyst oxidation\": 23 patents. 欧洲专利局数据库： Approximately 611 results found in the Worldwide database for: Only the first 500 results are displayed INTERNET网上信息资源 在百度网页输入光催化剂，搜索结果为找到相关网页约2,030,000篇，用时0.123秒。 在谷歌搜索中输入光催化剂，搜索结果为：获得约 306,000 条结果 （用时 0.13 秒） 四、检索结果 (30分) 中文重要文献题录及文摘（5篇） 1.【题名】掺杂改性TiO_2/AC与TiO_2/ACF的制备及其对气相甲苯的降解性能 【作者】肖新颜; 杨青山; 【机构】华南理工大学化学与化工学院; 【刊名】华南理工大学学报(自然科学版), Journal of South China University of Technology(Natural Science Edition), 编辑部邮箱 2010年 08期 期刊荣誉：中文核心期刊要目总览 ASPT来源刊 中国期刊方阵 CJFD收录刊 【文摘】以钛酸丁酯为前驱体,采用溶胶-凝胶法制备了Fe、N离子共掺杂的、以活性炭(AC)和活性炭纤维(ACF)为载体的TiO2/AC和TiO2/ACF光催化剂.采用扫描电镜、X射线衍射仪、紫外-可见光分光光度计等对催化剂样品进行了表征.选取甲苯为模型化合物进行光催化降解实验,研究了催化剂制备过程中离子掺杂量、抑制剂种类、焙烧温度、载体种类以及循环使用次数对催化剂活性的影响.结果表明:TiO2在ACF上的分散效果好于在AC上;TiO2以颗粒状镶嵌在AC孔隙内、以膜状包覆在ACF表面,所制备的光催化剂均以锐钛矿相存在;Fe、N离子共掺杂实现了催化剂的可见光响应;以冰醋酸为抑制剂、N和Fe离子掺杂量均为8%(摩尔分数)、500℃下焙烧2 h时,所得的TiO2/ACF光催化剂对气相甲苯的降解活性最高,循环使用效果最好. 2. 【题名】仿生光催化剂的优化制备、介孔特性表征及其在催化降解苯酚废水中的应用 【作者】高冠道; 李婧; 张爱勇; 安晓红; 周蕾; 【机构】南开大学环境科学与工程学院; 环境污染过程与基准教育部重点实验室 【刊名】物理化学学报, Acta Physico-Chimica Sinica, 编辑部邮箱 2010年 09期 期刊荣誉：中文核心期刊要目总览 ASPT来源刊 CJFD收录刊 【文摘】以十二胺(DDA)或十八胺(ODA)为模板剂,采用焙烧或萃洗法去除模板剂制备中孔分子筛(HMS).X射线粉末衍射(XRD)及氮吸附表征结果说明,以十二胺为模板剂且采用焙烧法去除模板剂制备的分子筛具有明显的XRD介孔衍射峰,而且其氮吸附曲线具有典型的IV类等温线特征及H1型脱附滞后环,这属于典型的介孔材料特征.以此分子筛为载体,通过F—C反应将磺酸铁酞菁(FePcS)修饰在HMS上,得到新型光催化剂.催化剂的BET比表面积为675.1m2·g-1,平均孔径为5.78nm,孔容为0.587cm3·g-1,且仍保持着鲜明的介孔特征.最后在模拟可见光照射下应用催化剂处理浓度高达1000mg·L-1的模拟苯酚废水,反应400min后,苯酚的转化率达到85%以上,反应溶液pH值也由4.52降到2.65,表明有酸类降解中间产物生成,反应最终苯酚转化率接近100%,总有机碳(TOC)的去除率达81%以上.催化剂表现出了良好的催化降解有机废水的性能. 3. 【题名】TiO_2光催化降解有机污染物研究进展 【作者】张鹏会; 孔爱平; 韩迪 【机构】兰州交通大学化学与生物工程学院; 【刊名】甘肃石油和化工, , 编辑部邮箱 2009年 02期 期刊荣誉：CJFD收录刊 【文摘】近年来人们对光催化降解有机物进行了广泛的研究,使得非均相光催化以各种各样的形式出现。目前,在光催化领域里,TiO2起着非常重要的作用,与其它半导体相比,它具有成本低、惰性以及光稳定性。综述了有关TiO2在光照射下对有机污染物催化降解情况的研究进展,以及TiO2在紫外光和可见光下的光化机理,并对TiO2光催化降解有机物的研究前景进行了展望。 4.申请号（或专利号）：CN105630.0 申请日（或授权日）：19.08.10 名称：一种改进的光催化处理废水的方法 公开（公告）号：CN1040773 公开（公告）日：1990.03.28 申请（专利权）人： 厦门大学

地 址：福建省厦门市思明南路422号 发 明（设计）人：陈健;傅金印;庄启星

5. 【题名】 活性碳纤维负载纳米TiO_2光催化材料的制备 【作者】何小强; 吴秋芳; 宣绍峰; 余蓉蓉; 马新胜 【机构】华东理工大学化工学院; 国家超细粉末工程研究中心;

【刊名】化工环保, Environmental Protection of Chemical Industry, 编辑部邮箱 2010年 01期 【文摘】采用浸渍液中添加环氧树脂黏结剂并高温热处理的方法,制备出活性碳纤维(ACF)负载纳米TiO2光催

化材料。对光催化材料的表面形貌和TiO2晶相进行了表征,发现所制备的光催化材料很好地保持了m(锐钛矿型)∶m(金红石型)为79∶21的混晶结构。评价了光催化材料对亚甲基蓝溶液的光催化降解性能。结果表明,当浸渍液中黏结剂质量浓度为5g/L时,ACF负载纳米TiO2光催化材料失重率较低,表明TiO2的负载强度较高。浸渍液中黏结剂质量浓度为15g/L时,ACF上TiO2负载率最高,为65%。当浸渍液中黏结剂质量浓度为25g/L时,ACF负载纳米TiO2光催化材料对亚甲基蓝的降解率最高,反应120min时,亚甲基蓝降解率均接近100%。

英文重要文献题录及英文文摘（5篇）

1. Photocatalytic oxidation of ethylene to CO2 and H2O on ultrafine powdered TiO2

photocatalysts: Effect of the presence of O2 and H2O and the addition of Pt

Dal-Ryung Park, Bum-Jong Ahn, Hyung-Sang Park, Hiromi Yamashita and Masakazu Anpo Abstract

The complete photocatalytic oxidation of C2H4 with O2 into CO2 and H2O has been achieved on ultrafine powdered TiO2 photocatalysts and the addition of H2O was found to enhance the reaction. The photocatalytic reaction has been studied by IR, ESR, and analysis of the reaction products. UV irradiation of the photocatalysts at 275 K led to the photocatalytic oxidation of C2H4 with O2 into CO2, CO, and H2O. The large surface area of the photocatalyst is one of the most important factors in achieving a high efficiency in the photocatalytic oxidation of C2H4. The photoformed OH species as well as O 2 − and O 3 − anion radicals play a significant role as a key active species in the complete photocatalytic oxidation of C2H4 with O2 into CO2 and H2O. Interestingly, small amount of Pt addition to the TiO2 photocatalyst increased the amount of selective formation of CO2 which was the oxidation product of C2H4 and O2.

2. Kinetic analysis for decomposition of 2,4-dichlorophenol by supercritical water oxidation Hyeon-Cheol Lee, Jung-Hyun In, Jong-Hwa Kim, Kyung-Yub Hwang and Chang-Ha Lee Abstract

2,4-Dichlorophenol (2,4-DCP), as a halogenated model pollutant, was decomposed by using supercritical water oxidation (SCWO) in a batch reactor made of Hastelloy C-276. SCWO experiments for 2,4-DCP decomposition were performed in the range of 380–420 °C, 230–280 bar and 0.074-0.221 mol/L H2O2. The effect of oxidant concentration on decomposition rate and efficiency was significant near the critical temperature of 380 °C. However, the role of the oxidant concentration in the SCWO process decreased with an increase in temperature; also,

excess oxidant played a key role in quite significantly decreasing the activation energy of 2,4-DCP oxidation. Variation of the reaction rate by the change of pressure was negligible even at a near critical temperature. The kinetic rate for the decomposition of 2,4-DCP in the SCWO process was well described by a simple first-order kinetic and global reaction rate model. From the SCWO experiments, the various intermediates identified with a GC/MS implied that the first reaction pathway for 2,4-DCP decomposition led to dimers such as dichlorophenoxyphenols, and the second led to single-ring and ring-opening products.

3. Preparation of N-doped TiO2 photocatalyst by atmospheric pressure plasma process for VOCs decomposition under UV and visible light sources

Chienchih Chen, Hsunling Bai, Sue-min Chang, Chungliang Chang and Walter Den Abstract

The nitrogen doped (N-doped) titanium dioxide (TiO2) photocatalyst was prepared by the atmospheric-pressure plasma-enhanced nanoparticles synthesis (APPENS) process operated under normal temperature, i.e. the dielectric barrier discharge plasma process. The N2 carrier gas is dissociated in the AC powered nonthermal plasma environment and subsequently doped into the TiO2 photocatalyst that was capable of being induced by visible light sources. The APPENS process for producing N-doped TiO2 showed a higher film deposition rate in the range of 60–94 nm/min while consuming less power (<100 W) as compared to other plasma processes reported in literatures. And the photocatalytic activity of the N-doped TiO2

photocatalyst was higher than the commercial ST01 and P25 photocatalysts in terms of toluene removals in a continuous flow reactor. The XPS measurement data indicated that the active N doping states exhibited N 1s binding energies were centered at 400 and 402 eV instead of the TiN binding at 396 eV commonly observed in the literature. The light absorption in the visible light range for N-doped TiO2 was also confirmed by a clear red shift of the UV-visible spectra.

4. Preparation of nanocrystalline TiO2 powders for photocatalytic oxidation of phenol Qinghong Zhang and Lian GaoFrom the issue entitled \"The 9th International symposium on Eco-materials Processing and Design\" Abstract

Nanocrystalline TiO2 powders in the anatase, rutile, and mixed phases prepared by hydrolysis of TiCl4 solution were of ultrafine size (<7.2 nm) with high specific surface areas in the range 167 to 388 m2/g. In the photocatalytic degradation of phenol as model reaction, the photocatalytic properties of TiO2 nanoparticles were evaluated by use of UV–vis absorption spectroscopy and total organic carbon (TOC) content. The synthetic mixed-phase TiO2 powder calcined at 400 °C had higher activity than pure anatase or rutile; it degraded more than 90% phenol to CO2 (evaluated by TOC) after irradiation with near UV light for 90 min at a catalyst loading of 0.4 g/L. The TOC results indicated that rutile TiO2 crystallites of particle size 7.2 nm resulted in much better photocatalytic performance than particles of larger size. This result suggested that some intermediates, not determined by UV–vis absorption spectroscopy, existed in the solution after the photocatalytic process over the rutile TiO2 photocatalysts of larger crystallite size.

5. Introduction to Photochemical Advanced Oxidation Processes for Water Treatment Marta I. Litter In this chapter, an overview of Photochemical Advanced Oxidation Technologies (PAOTs) is given, together with recent relevant literature examples and references. Short-UV and VUV photolysis, UV/H2O2, UV/O3, UV/O3/H2O2, photo-Fenton and iron-based technologies, photo-ferrioxalate and UV/periodate, are exposed, together with a brief introduction of heterogeneous photocatalysis. Fundamental grounds with mechanistic pathways are described in each case. Combination of PAOTs with other treatments (especially biological methods) is also illustrated. Limitations, advantages and drawbacks are pointed out, together with different examples of real cases. 五、结论分析 (20分) 选择这个题目来自于自己的一个生活体会。后来在我的毕业论文选题时候我看到了这个题目就毫不犹豫的选择了。与导师接触以后才知道这个题目不是很简单，要有很好的专业知识和研究精神。可对这个题目我可以说一无所知，就是其中最简单的成分也不清楚。学习了化学检索这门课程，对各大数据库的相互检索,我了解了光催化剂的相关知识，制备方法及其性能的检测，也知道了目前国外国内在这个方面做出一些相关研究，激起了我对这个题目兴趣，虽然自己还是外行,但我相信兴趣是成功的第一步,以后我会更好的利用信息检索这个工具,的完成这个课题。 但有些地方我还感到不足,和很多同学一样,那就是外文检索，对于这个专业的一些英文词语很陌生，这也是自己需要改进的地方，多熟悉相关的英文词语，中英文互通。 六、实践体会 (10分) 学习文献检索课我受益非浅,对学校的数据资源库也不再是任其浪费，知道了怎么样去找自己需要的一些专业性的文献,对做毕业论文以及以后的课题研究有非常大的作用。而闫老师的课件更是做的很让人佩服,学习起来轻松多了。 但在教学上，可能因人而异，仍有一些地方需要改进一下。课堂气氛有些时候仍然沉闷，我们应该营造一个轻松愉快的气氛，有利于所有的同学都来参与教学，尤其是大四的学生。老师在讲课的同时应该适当和同学一起完成文献检索，多用一些实例，少介绍一点理论的知识，文献检索是一门应用性非常强的课程，多让学生动手，而少记一些理论知识。 不过在这门课上我学到了很多,这和闫老师的努力是分不开的。