1、 强磁场对透辉石光催化性能影响的 实验 Experiment of the diopside Processed by high magnetic field effection on the photocatalytic properties i 毕业设计任务书 毕业设计（论文）题目： 强磁场对透辉石光催化性能影响的 实验 基本内容： （ 1）研究前处理工艺 制取合成的透辉石及掺杂透辉石材料，升温至 1500 ，恒温 4 小时随炉温冷却取出。材料 制取后，取出部分试样进行强磁场（ 6T,12T）处理。 （ 2）研究的方法和条件 光催化降解亚甲基蓝实验（本实验 取 强磁场处理前后 2 组试样分
2、别进行试验） 1. 用稀释法配置浓度为 10mg/l 的亚甲基蓝溶液 2. 量取配置好的亚甲基蓝溶液 200ml 加入到 250ml 的石英烧杯中，在亚甲基蓝溶液最大吸收波长 662nm 处测定溶液吸光度 A1，测完后将样液倒回烧杯，以保持溶液体积不变。 3. 然后称取一定量制得的催化剂（取 0.3g 样品）放入盛有亚甲基蓝溶液 的 烧杯底部，把烧杯置于电磁搅拌器上搅拌并置于紫外灯的正下方，液面处紫外强度。 4. 吸附 1 小时 候， 打开紫外灯开始光催化反应。 5. 降解 1 小时，静止 10min 后吸取上层清夜离心 （ 1000r/min） 15min 后测得其吸光度，记为 A2。 6.
3、 根据公式计算降解率。 7. 处理数据并绘制图表。 毕业设计（论文）专题部分： 题目： 基本内容： 学生接受毕业设计（论文）题目日期 第 1 周 指导教师签字： 年 月 日 ii 摘 要 光催化技术具有反应条件温和、无污染、低能耗等特点，因而在环境保护、能源转换、新物质合成等方面 具有广阔的应用前景。通过多种改性手段改善催化剂的活性，提高催化剂的光催化效率是将这一技术推向实际应用的重要环节。本文从固体废弃物再资源化、环境污染防治和半导体光催化材料制备的低成本化出发，提出将含钛高炉渣作为光催化材料进行综合利用的新方法。本文在综述半导体光催化材料的光催化机理及应用的基础上，利用处理过的透辉石作为光
4、催化材料，研究光催化降解亚甲基蓝溶液的多种影响因素，以寻求含钛高炉渣综合利用的新途径。 实验所用光源为紫外灯，将透辉石作为光催化材料，悬浮于溶液中进行光催化反应。以亚甲基蓝降解率为评价指标，进行 光催化降解的实验研究。 首先进行了透辉石作为光催化材料降解亚甲基蓝溶液的初步研究。结果表明：透辉石作为光催化材料降解亚甲基蓝溶液，降解率不是很高 ,为 2.02%，说明透辉石的光催化性能不强。 其次进行了透辉石改性处理后作为光催化材料降解亚甲基蓝溶液的深入研究。利用XRD、 SEM等多种测试手段。结果表明：适量掺杂 TiO2， Fe2O3等均对亚甲基蓝溶液降解率有显著提高。磁场处理对透辉石降解亚甲基蓝
5、溶液的光催化性能有所促进，其中磁场为 6T时， 掺杂 0.34%TiO2与 0.067%Fe2O3的 透辉石 降解效果较好 ，降解率为 35.36% 关键词：透辉石；光催化；亚甲基蓝；降解率；强磁场iii Abstract Photocatalysis is an attractive approach for environmental protection, energy transformation and functional group transformation because of its advantage such as low-temperature, nonenergy
6、 intensity and non-pollution. Photocatalysts is the key part in photocatalysis, and further improvement on its activity and efficiency by selective surface treatment by modifying the properties of the particles is an essential step to apply this novel technology. At the present, a new method to appl
7、y titania-bearing blast furnace slag as the raw materials for making photocatalytec materials was proposed, aiming at an integrated utilization of resources and low-cost fabrication of semiconducting photocatalytic materials. Based on the review of photocatalytic mechanism and applications of photoc
8、atalysts, the diopside was used as photocatalytic materials to degrade MB solution through photocatalytic reactions. Effects of various factors on the degradation process were studied on the basis of experimental results. All of the present work is aimed at exploring diopside The photocatalytic reac
9、tion was progressed under the ultraviolet light (UV-light), while the TBBFS were suspended in the solutions. Photocatalytic actevity of diopside was evaluated by the degradation of MB solution. First of all, the experiments of photacatalytic degradation of MB solution with the diopside as photocatal
10、ysts were preliminary researched. The results show that the material has poor photocatalytic activity.It is2.02% Then the experiments of photacatalytic degradation of MB solution with the modified diopside as photocatalysts were delve in research. In this dissertation, the photocatalytic activity an
11、d surface properties of modified diopside have been characterized by XRD, SEM. The results show that the adulterateproper Cu powders, disposition of noble metal TiO2，Fe2O3 is anvantageous for improving the degradation of MB solution. The photocatalytic activity of modified TBBFS which is treated by
12、high magnetic field can improve the degradation of MB solution, Therefore, the best degradation rate is 35.36% under 6T magnetic. Key Words: titania-bearing blast furnace slag; photocatalysis; methylene blue (MB); degradation rate; high magnetic field iv 目录 毕业设计任务书 . i 摘 要 . ii Abstract . iii 目录 . i
13、v 第一章 绪论 . - 1 - 1.1 引言 . - 1 - 1.2 透辉石简介 . - 2 - 1.3 光催化材料的研究进展 . - 3 - 1.3.1 离子掺杂 . - 3 - 1.3.2 半导体的复合 . - 4 - 1.3.3 贵金属沉积 . - 4 - 1.3.4 有机染料的光敏化 . - 5 - 1.3.5 其他光催化材料 . - 5 - 1.4 实验的理论基础 . - 6 - 1.4.1 半导体光催化材料的性质 . - 6 - 1.4.2 光催化材料的改性处理 . - 8 - 1.4.2.1 过渡金属离子掺杂 . - 8 - 1.4.3 晶粒尺寸对光催化性能的影响 . - 10
14、 - 1.5 本课题的提出与研究内容 . - 11 - 1.5.1 本课题的提出 . - 11 - 1.5.2 本课题的主要研究内容 . - 11 - 1.5.3 本课题的创新点 . - 12 - 第二章 原料处理与实验准备 . - 14 - v 2.1 原料的处理 . - 14 - 2.2 实验设备与实验样品、试剂 . - 14 - 2.3 材料 的制备 . - 15 - 2.4 吸收曲线与标准曲线的测定 . - 15 - 2.4.1 吸收曲线 . - 15 - 2.4.2 光的吸收基本定律 朗伯 (Lambert)-比耳 (Beer)定律 . - 16 - 2.4.3 标准曲线 . - 1
15、6 - 2.4.4 吸收曲线的测定 . - 16 - 2.4.5 标准曲线的测定 . - 17 - 第三章 改性透辉石光催化性能的研究 . - 21 - 3.1 实验方法 . - 21 - 3.2 改性透辉石对紫外光的 折射率分析 . - 21 - 3.2.1 实验过程及数据处理 . - 21 - 3.2.2 数据处理与结果分析 . - 22 - 3.3 空白对照实验 . - 22 - 3.3.1 亚甲基蓝在紫外光下降解实验 . - 22 - 3.3.2 透辉石降解亚甲基蓝实验 . - 23 - 3.4 掺杂 TiO2 对光催化 性能的影响 . - 23 - 3.4.1 实验过程及数据处理 .
16、 - 23 - 3.4.2 结果分析及讨论 . - 25 - 3.5 掺杂 Fe2O3对光催化性 能的影响 . - 25 - 3.5.1 实验过程及数据处理 . - 25 - 3.5.2 结果分析及讨论 . - 27 - 3.7 磁场改性透辉石对光催化性能 的影响 . - 28 - 3.7.1 实验过程及数据处理 . - 28 - 3.7.2 结果分析与讨论 . - 36 - vi 第四章 结论 . - 38 - 参考文献 . - 39 - 致谢 . 错误 !未定义书签。 附 录 . - 43 - - 1 - 第一章 绪论 1.1 引言 21世纪资源、环境及能源将是我们面临的三大主 要 难题，
17、光催化技术是解决这些问题及维持人类可持续发展的关键所在。光催化技术具有以下优点： (1)水中所含多种有机污染物均可被完全降解为 CO2、 H2O等，无机污染物被氧化或还原为无害物； (2)不需要另外的电子受体 (如 H2O2)； (3)合适的光催化剂具有廉价、无毒、稳定及可以重复使用等优点； (4)可以利用取之不尽用之不竭的太阳能作为光源激活光催化剂； (5)该法结构简单、操作条件容易控制、氧化能力强、无二次污染。 1972年 Fujishima和 K Honda1发表了关于在 n型半导体 TiO2电极光解水的论文，开创了多相光电催化的新纪元，自此半导体光催化技术的基础理论和提高光催化性能的研
18、究就成为该领域的热点内容。 1976年 Carey等在光催化降解水中污染物方面进行了开拓性的工作，开辟了光催化技术在环保领域的应用前景，从此掀起了全世界范围内对半导体光催化技术这一新兴领域的研究热潮。其基本原理是用半导体作光催化材料 (或与某种氧化剂结合 )，在特定波长的光辐射下在半导体表面产生氧化性极强的空穴或反应性极高的羟基自由基。这些氧化活性离子与有机污染物、病毒、细菌发生强烈的破 坏作用，导致有机污染物被降解，病毒与细菌被致灭，从而达到降解环境污染物净化环境 (水、空气 )和抑菌杀菌的作用。目前，半导体光催化技术已成为最活跃的研究方向之一美国和日本对此进行了大量的研究，并且开发了一系列
19、产品推向市场。我国在这方面的研究也有 20多年的历史。 随着经济的持续发展和社会的不断进步，人类对各种金属的需求量越来越大，冶金规模也越来越大。但各种金属的富矿资源正在迅速减少乃至趋于枯竭。矿产资源的供需矛盾日益突出。另一方面，选矿、冶金、加工技术的不断进步使得以前认为没有利用价值的贫矿，或由于技术原因以 前无法开采利用的复合矿，逐渐被开采利用以适应不断扩大的冶炼规模。各种金属的冶炼都要排出大量的炉渣，如果只是单纯地堆放这些炉渣，就会占用大量的土地并造成环境污染，因此，世界各国很早就非常重视对炉渣综合利用的研究。矿产资源是不可再生的，地球只有一个，我们人类必须珍视这些矿产资源，这是该领域工作的
20、科研人员不可推卸的责任和义务。 世界范围内的环境污染问题越加受到广泛关注，各国政府对有害物质的处理提出了更高的要求，制定了更为严格的标准。由于种种原因，一些常规的方法效果尚不理想，- 2 - 因此，发展新型实用的环保处理技术是非常 必要的。半导体光催化材料与技术是近年来环保领域的研究热点，但因材料成本过高而难以推广应用，如何降低光催化材料的生产成本，将是光催化技术发展的方向之一。 1.2 透辉石简介 透辉石是辉石中常见的一种 ,属单斜晶系，它属于硅酸盐矿物，是钙和镁的硅酸盐。透辉石是一种天透辉石然的钙镁硅酸盐，透辉石外观呈灰白色，烧后洁白，是一种非常接近理论成分，有害杂质和烧失量极低的优质透辉
21、石。透辉石是陶瓷常用原料，辉石应用于日用瓷釉中，综合了滑石和方解石的优点，不仅可以提高釉面的光泽度，半透明性和平整度。而且可降低瓷釉的烧成温度 ，扩大烧成范围。 1.2.1晶体化学 理论组成（ wtB%）： CaO25.9， MgO18.5， SiO255.6。次要组分 Al2O3一般为 13%，可高达 8%； Al3+可替代 Mg2+和 Fe2+，也可替代 Si，若替代 Si超过 7%，称铝透辉石；富含 Cr2O3者称为铬透辉石，是金伯利岩的特征矿物之一。 Ni和 Ti含量一般 1%。但 Al2O3高时， TiO2含量可达 23%。这种富铝钛的透辉石中，存在着 Mg2+Si4+Ti4+Al3
22、+的异价类质同像代替。 Fe3+和 Mn可少量存在， Na可少量代替 Ca。如果NaAlSi2O6或 NaFeSi2O6组分超过 10%而小于 20%时，分别称为含硬玉、含霓石的透辉石；如果大于 20%小于 50%，则称为硬玉透辉石、霓石透辉石。 1.2.2熔剂性能 透辉石开始变形温度 1170 ，软化温度 1280 ，熔融温度 1390 ，软化范围 110 ，熔化范围 10 。透辉石中 CaO、 MgO为 44.4%。在坯体中引入大量的 CaO、 MgO降低了坯体的酸度、熔融温度和玻璃相的粘度，它易润湿 Al2O3、 SiO2颗粒，能迅速促进坯体的烧结，起到了强矿化剂的作用。使用透辉石的釉面砖素烧温度比叶腊石质坯体降 低120 ，比硅灰石质坯体降低 80 ，烧成周期比叶腊石质、硅灰石质坯体力劳动缩短 8小时以上；釉烧温度比叶腊石质釉面砖降低 80 ，比硅灰石质降低 40 ，烧成周期比叶腊石质釉面砖缩短 7小时，比硅灰石质釉面砖缩短 2小时。这表明透辉石的熔剂性能比叶腊石、硅灰石的更好。透辉石在 10001100 范围内，急剧熔解于碱金属的铝硅酸盐熔剂。一方面可析出新的钙长石晶体，另一方面促进了坯料中游离石英的熔解。最终素中的残余石英量减少，机械强度和热稳定性提高，素坯的烧结温度可降低到釉烧温度 1100 。
