TiO2基光催化剂对气相VOCs的降解路径与失活机制研究的任务书.docx

TiO2基光催化剂对气相VOCs的降解路径与失活机制研究的任务书
任务书
一、研究背景和意义
VOCs（挥发性有机物）是各种工业和生活活动中不可避免产生的一种有害排放物。在大气中，它们可以通过光化学反应和二次污染等途径转化为更危险的污染物质，如臭氧和PM2.5等，对环境和人类健康造成不可逆转的影响。
目前，人们采用的降解VOCs的方法主要包括物理吸收、化学氧化、生物降解和光催化等。其中，光催化具有运行温度低、处理效率高、无二次污染等优点，被广泛运用于治理空气污染中。
TiO2光催化剂是目前应用最广泛、表现最优的材料之一。在光照下，TiO2表面会吸收光子，从而激发电子进入导带。随着光子能量的升高，导带中的电子与被Fe2O3等添加剂掺杂的孔态上跃迁，产生高度还原性的“穿洞电子”（h+），而导带上的空穴（h+）则会与吸附于表面的VOCs等有机物相互反应，形成羰基、酸、酐等物质，最终降解为CO2和H2O等无害物质。
然而，在TiO2光催化剂的实际应用过程中，光催化剂降解能力的失活机制依然是一个难题。随着光照时间的延长，光催化剂的降解效率会不断下降，且失活速度越来越快。因此，需要对TiO2基光催化剂的降解路径与失活机制进行深入研究，以便在实际应用中优化光催化剂的表现。
二、研究内容及主要任务
1.确定VOCs对光催化剂的的吸附特性：通过多种方法确定VOCs在TiO2表面上的吸附量、桥接态的生成与分解等特性。
2.确认VOCs降解的反应路径：通过Raman、IR、UV-RS等光谱技术，确定VOCs在光照下的反应中间体以及反应动力学参数。
3.确定光催化剂失活机制：通过实验观察和表征分析，确定光催化剂表面的缺陷和污染物质，以及它们对光催化剂活性失活的影响。
4.探究提高光催化活性的策略和措施：通过对失活机制的认识，明确提高光催化效果的方法，并进行实验验证。例如，添加某些金属、杂质离子或者氧化剂等。
三、研究技术路线
1.实验设备
光催化反应器、BET比表面积测试仪、FT-IR、UV-Vis吸收光谱仪、Raman光谱仪、高分辨透射电镜、X-射线光电子光谱仪（XPS）、气相色谱质谱联用仪（GC-MS）等。
2.研究流程
（1）制备TiO2基光催化剂和VOCs模拟气相；
（2）光学性质测试；
（3）吸附和反应机理探究；
（4）失活机制研究；
（5）效果评价和应用推广。
四、研究进度安排
第1-3个月文献综述和实验设计
第4-6个月气相VOCs模拟气体的制备和光催化剂的制备
第7-9个月光学性质测试以及吸附和反应机理探究
第10-12个月失活机制研究以及效果评价和应用推广
五、经费预算
1.实验器材：81120元
2.实验用品：83775元
3.工资和津贴：154000元
4.其他费用：11825元
5.课题总经费：330720元
六、预期研究成果
1.确定VOCs对TiO2吸附量的特性及反应动力学参数；
2.指导光催化剂设计：确定合理的添加剂和措施；
3.提出一种优化光催化剂性能的方案；
4.推广应用该方案，实现工业应用。