SRT结题报告书

大学生研究训练（SRT）计划项目结题报告书项目名称：聚合物表面改性制备空心二氧化钛及二氧化钛催化性能研究完成人：徐云剑朱银侯龙磊学院（中心）：化学化工学院专业班级：应用化学09级指导教师:王金刚职称副教授起止年月：2011年3月至2012年3月填写日期：二○一二年三月十六日填表说明（不必打印）一、填写结题报告书前，请先征求指导教师意见。报告书的各项内容要求实事求是，逐条认真填写。表达明确、严谨，一律要求用打印稿件。二、报告书请于左侧装订成册。一式1份，由指导教师和所在学院（中心）组织专家验收签署意见并审查后，集中报送教务处实践教学科。三、要求在本报告书后，必须附带经指导教师审阅、签字的详细研究资料与结果（论文、实验报告等）材料一式1份。四、如表格不够，可以另加附页。项目名称聚合物表面改性制备空心二氧化钛及二氧化钛催化性能研究项目编号负责人姓名徐云剑学号20090222181电话[phone]专业班级应用化学[e-mail]指导教师姓名王金刚从事专业有机物污染物处理电话[e-mail]实际完成人员姓名徐云剑年级专业应用化学0902姓名朱银年级专业化学0902姓名侯龙磊年级专业应用化学0902姓名年级专业姓名年级专业研究经费总经费校拨经费自筹经费实际支出经费500元500元元500元研究期限计划完成年月2012年3月实际完成年月2012年3月计划完成情况1.提前完成2√.按期完成3.延期完成4.终止未按期完成的原因：研究成果形式实验设计套发表论文篇实验报告1个制作课件本调查报告个会议交流次成果应用情况研究工作总结简介请按照下列提纲编写，要求简明扼要，以学术总结为主，总字数在1500字。1.主要研究内容与方法、研究结果。2.该研究的意义、学术价值和应用前景。3.同预期计划和目标比较，说明存在问题与建议。空心二氧化钛是一种球形中空材料，其低密度、高比表面能、稳定性好、很好的表面渗透能力、可重复利用等特性使得其在医药、生化和化工等领域有重要应用。二氧化钛的催化性能主要受到晶型、晶体粒度、比表面积的影响，粉末二氧化钛由于颗粒小、易烧结团聚，导致比表面积降低，限制了其催化性能的发挥。空心二氧化钛由于其中空结构增大了其比表面积而使其催化活性得到提高，因而空心二氧化钛的制备研究受到了广泛重视。空心二氧化钛的制备通常采用在模板聚合物表面沉积小颗粒二氧化钛的方式制备，所选用模板一般为与二氧化钛电性相反的阳离子型聚合物。本文聚苯乙烯/甲基丙烯酸共聚物为模板，通过硅烷偶联剂改性的方式将钛酸四丁酯水得到的二氧化钛粒子吸附到聚合物表面，得到聚合物/二氧化钛复合粒子，再通过煅烧除去聚合物得到空心二氧化钛；通过改变聚合物粒径制备不同粒径的空心二氧化钛，考察模板粒径对二氧化钛分散度的影响。同时，本实验还通过降解有机染料罗丹明B的方式对所合成空心二氧化钛的催化性能进行了研究，并与市售二氧化钛P25的催化性能进行了对比。研究方法和内容：1.以一定量的AOS与苯乙烯和甲基丙烯酸合成的聚合物乳胶粒为模板合成P(St-MAA)/TiO2复合粒子。将合成的复合粒子装在高压釜中的聚四氟乙烯合成的塑料瓶中，在180℃恒温箱中处理4h,将固体分离后干燥，研细后在500°C马弗炉焙烧4h，可得到空心二氧化钛。2.改变AOS的量，苯乙烯和甲基丙烯酸的量不变，其他条件不变，合成不同粒径的空心二氧化钛粒子。3.用日本产JEM-100CXII透射电子显微镜（TEM）观察合成空心二氧化钛粒子分散效果及其粒径并观察模板对合成空心二氧化钛粒径及分散效果的影响。4.选择罗丹明B作为模拟污染物，用等量的合成的空心二氧化钛及市场上买来的P25分别进行罗丹明B催化降解实验，比较其催化效果。研究结果：1.随着AOS的量减少，合成空心二氧化钛粒子的半径增大：由于AOS的量增加，反应体系中由AOS形成的胶束减少使得乳液液滴聚集而半径增大，钛酸四丁酯水解形成的二氧化钛附着在乳滴表面，从而合成的二氧化钛粒子的半径增加。2.在合成的空心二氧化钛粒子中，粒径为399.3nm粒子其分散效果最好：粒子表面存在表面能，随粒子半径的增大其表面能减小，粒子团聚的情况越不严重，即其分散效果最好。3.在罗丹明B催化降解试验中，合成粒径为213nm的空性二氧化钛粒子的催化效果最好，甚至其催化效果比市场上买来的P25的催化效果还好：空心二氧化钛粒子的催化活性的大小由单位体积内有效面积决定，空心二氧化钛粒子的半径越小其有效面积越大，但其团聚程度越厉害，这又会使有效面积减小，而随着空心二氧化钛粒径的增大虽然其分散效果更好了，但是由于粒径的增大，其有效面积减小，最终有效面积的大小是由粒径及空心二氧化钛粒子的分散效果决定。若想得到更为理想的二氧化钛粒子还需要进一步的探究。研究意义和应用前景在众多的光催化材中,二氧化钛因具有无毒、催化活性高、氧化能力强、稳定性好等优异特点,以及反应条件温和、对低浓度污染物及气相污染物有很好的去除效果、制备材料易得、可以利用太阳光作为反应光源、运行费用低以及不会造成二次污染等一系列优点,而成为最受瞩目的“绿色光催化剂”，是一种非常有发展前途的污染治理材料。但由于二氧化钛空心粒子比表面能过高出现了团聚的情况，致使单位体积的二氧化钛粒子表面积相对降低，使得空心二氧化钛粒子的催化性能未能充分发挥出来。为获得分散效果更好催化效果更佳的空心二氧化钛粒子进行探究实验。高效的二氧化钛催化剂不仅可以进一步提高催化速率并且其在紧急污水处理中意义重大。此外，本实验所采用的空心二氧化钛制备方法简单，易于推广，所制备粒子催化活性高，具有较好的应用潜力。同预期相比存在的问题：在预期工作中，本课题还将进行不同偶联剂对核壳粒子的制备以及机理研究，但由于实验条件和时间所限，本课题没有开展相关研究。项目负责人签字：2012年月日指导教师评语（主要对该项目总体执行进展情况、研究结果的学术水平与创新情况、结果的应用前景与效益；主持人及所有参加学生在研究过程中的工作态度、学识水平、实际应用能力表现等进行全面评定）：漂浮光催化剂的制备具有重要的实际意义，既能避免自然条件对催化剂使用时的苛刻要求，又能实现光催化剂的可回收利用性，有望在实际工作中得到应用。本项目的工作主要是进行载体表面空心二氧化钛组装和特殊结构二氧化钛的合成方法研究，将采用表面改性的方式修正晶体结构和表面性能不匹配对二氧化钛合成的影响，获得性能良好的可回收二氧化钛。在项目完成过程中，各成员、态度认真分工明确、团结合作，充分发挥自己的特长。不仅顺利完成该项目，各成员的科研素养、知识水平也得到了极大提升，为今后的科研、学习打下了良好的基础。指导教师签字：200年月日学院（中心）专家组意见：评审专家组组长签字：200年月日学院（中心）审查意见：主管院长（主任）签字：（公章）200年月日学校审核意见：（公章）200年月日