强磁场对透辉石光催化性能影响的实验本科毕业论文设计.docx

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强磁场对透辉石光催化性能影响的实验本科毕业论文设计

强磁场对透辉石光催化性能影响的实验

ExperimentofthediopsideProcessedbyhighmagneticfieldeffectiononthephotocatalyticproperties

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

　　　　　日　期：

指导教师签名：

　　　　　日　　期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

　　　　　日　期：

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

日期：

年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：

日期：

年月日

导师签名：

日期：

年月日

注意事项

1.设计（论文）的内容包括：

1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）

2）原创性声明

3）中文摘要（300字左右）、关键词

4）外文摘要、关键词

5）目次页（附件不统一编入）

6）论文主体部分：

引言（或绪论）、正文、结论

7）参考文献

8）致谢

9）附录（对论文支持必要时）

2.论文字数要求：

理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：

任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：

1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写

2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。

图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画

3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印

4）图表应绘制于无格子的页面上

5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档

5.装订顺序

1）设计（论文）

2）附件：

按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

指导教师评阅书

指导教师评价：

一、撰写（设计）过程

1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神

□优□良□中□及格□不及格

2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度

□优□良□中□及格□不及格

3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力

□优□良□中□及格□不及格

4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性

□优□良□中□及格□不及格

5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

指导教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

评阅教师评阅书

评阅教师评价：

一、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

评阅教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

教研室（或答辩小组）及教学系意见

教研室（或答辩小组）评价：

一、答辩过程

1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况

□优□良□中□及格□不及格

2、对答辩问题的反应、理解、表达情况

□优□良□中□及格□不及格

3、学生答辩过程中的精神状态

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

评定成绩：

□优□良□中□及格□不及格

教研室主任（或答辩小组组长）：

（签名）

年月日

教学系意见：

系主任：

（签名）

年月日

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.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

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

Abstract

Photocatalysisisanattractiveapproachforenvironmentalprotection,energytransformationandfunctionalgrouptransformationbecauseofitsadvantagesuchaslow-temperature,nonenergyintensityandnon-pollution.Photocatalystsisthekeypartinphotocatalysis,andfurtherimprovementonitsactivityandefficiencybyselectivesurfacetreatmentbymodifyingthepropertiesoftheparticlesisanessentialsteptoapplythisnoveltechnology.Atthepresent,anewmethodtoapplytitania-bearingblastfurnaceslagastherawmaterialsformakingphotocatalytecmaterialswasproposed,aimingatanintegratedutilizationofresourcesandlow-costfabricationofsemiconductingphotocatalyticmaterials.Basedonthereviewofphotocatalyticmechanismandapplicationsofphotocatalysts,thediopsidewasusedasphotocatalyticmaterialstodegradeMBsolutionthroughphotocatalyticreactions.Effectsofvariousfactorsonthedegradationprocesswerestudiedonthebasisofexperimentalresults.Allofthepresentworkisaimedatexploringdiopside

Thephotocatalyticreactionwasprogressedundertheultravioletlight（UV-light）,whiletheTBBFSweresuspendedinthesolutions.PhotocatalyticactevityofdiopsidewasevaluatedbythedegradationofMBsolution.

Firstofall,theexperimentsofphotacatalyticdegradationofMBsolutionwiththediopsideasphotocatalystswerepreliminaryresearched.Theresultsshowthatthematerialhaspoorphotocatalyticactivity.Itis2.02%

ThentheexperimentsofphotacatalyticdegradationofMBsolutionwiththemodifieddiopsideasphotocatalystsweredelveinresearch.Inthisdissertation,thephotocatalyticactivityandsurfacepropertiesofmodifieddiopsidehavebeencharacterizedbyXRD,SEM.TheresultsshowthattheadulterateproperCupowders,dispositionofnoblemetalTiO2，Fe2O3isanvantageousforimprovingthedegradationofMBsolution.ThephotocatalyticactivityofmodifiedTBBFSwhichistreatedbyhighmagneticfieldcanimprovethedegradationofMBsolution,Therefore,thebestdegradationrateis35.36%under6Tmagnetic.

KeyWords:

titania-bearingblastfurnaceslag;photocatalysis;methyleneblue（MB）;

degradationrate;highmagneticfield

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，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．Honda[1]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，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1~3%，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2~3%。

这种富铝钛的透辉石中，存在着Mg2+Si4+＝Ti4+Al3+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NaAl[Si2O6]或NaFe[Si2O6]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1000~1100℃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℃。

1.2.3基本性质

1、成分：

钙镁硅酸盐CaMg（SiO3）2为辉石族CaMg（SiO3）2--CaFe（SiO3）2为类质同象系列；CaMg--CaFé中间成员有次透辉石、铁次透辉石，其中富含Cr的透辉石也称铬透辉石（变种）。

CaMg（SiO3）2CaFe（SiO3）2透辉石、次透辉石、铁次透辉石、钙铁辉石成分中Mg与Fe成完全类质同象代替，随着铁的含量多而颜色由浅至深。

2、结晶特点：

单斜晶系，晶体发育完好时呈柱状、粗短柱状，也有晶体碎块、水蚀卵石。

3、颜色：

无色、灰色、淡绿、深绿、褐色和黑色。

4、品种：

a铬透辉石：

为鲜艳的绿色，颜色由铬所致；b星光透辉石：

黑色，为四射不对称星光；c青透辉透辉石石：

晶体细小，颜色为深紫色、蓝色，极少见。

5、光谱：

铬透辉石显示铬谱，红区有一双线（690nm）、635、655和670nm处有三条弱吸收带，蓝绿区508、505有吸收线，490nm有一吸收带。

其它品种光谱不典型。

6、.光学效应：

猫眼和星光效应。

星光是由定向拉长状磁铁矿包体所造成，具有磁性；　　

7、发光性：

SW紫外光下发出蓝或乳白色和橙黄色荧光；LW紫外光下有时发出浅紫色光。

8、产状产地：

产于富含Ca的变质岩中和金伯利岩中（铬透辉石）；产地有巴西、意大利、缅甸、南非、西伯利亚、巴基斯坦、印度等地。

1.3光催化材料的研究进展

1.3.1离子掺杂

适当的引入一些金属离子，可以抑制光生电子与光生空穴的复合，提高光催化效率。

过渡金属元素具有多种化合价，在TiO2中掺入少量过渡金属离子，可以使TiO2晶格发生变化，引入晶格缺陷，形成光生电子-空穴对的浅势捕获阱，降低空穴与电子的复合几率，延长复合时间，从而提高TiO2光催化活性。

为了提高TiO2的量子效率和扩展光响应范围，人们选择了多种金属离子进行一元或多元掺杂，并改变掺杂离子的浓度，使用不同的掺杂方法，以期获得最佳的掺杂效果。

Choi[2]等人系统研究了21种离子掺杂后的TiO2纳米晶，发现掺杂一定量的Fe3+、Mo5+、Rn2+、Os2+、Re2+、V5+和Rh2+，可以增加TiO2纳米晶的光催化活性,Co3+和Al3+则降低了催化剂的光催化活性，一些具有闭壳层电子构型的金属，如Li+、Mg2+、Zn2+、Ga3+、Zr4+、Nb5+、Sn4+、Sb5+、Ta5+等的掺杂对光催化影响较小。

Sakata[3]等人研究了掺杂Cu2+的TiO2光活性，Iwasaki[4]研究了掺杂Co2+的TiO2光活性，都显著的提高了催化剂的活性。

湛社霞[5]等人研究Mo掺杂TiO2光催化性能，发现掺杂Mo可显著提高TiO2的光活性，并指出Mo的质量分数在0.5%~1.5%时效果最佳。

Scalafani[6]等研究Fe3+掺杂TiO2薄膜，发现适量的Fe3+掺杂可显著提高TiO2薄膜的光催化活性，他们指出：

Fe3+掺杂的TiO2薄膜光催化活性的提高主要是由于Fe3+作为电子的有效受体减少了TiO2表面电子-空穴对的复合。

于向阳[7]等研究了稀土元素的掺杂，指出适量的铈、镧掺杂可以提高TiO2光催化活性，并给出了最佳的掺杂量。

1.3.2半导体的复合

通过半导体的耦合，可以有效的提高电荷的分离效果，扩展光谱响应范围。

其修饰方法由简单的组合、掺杂、多层结构、异相结合、离子注入等方法。

近几年来报道的CdS-TiO2、SnO2-TiO2、WO3-TiO2、Zr