NSFCproposal2010-----南海海洋研究所(青年基金--可閱讀)講課教案

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。NSFCproposal2010-南海海洋研究所(青年基金-可閱讀)-您現(xiàn)在不能檢查保護(hù)文檔或打印文檔，請(qǐng)根據(jù)以下三個(gè)步驟操作：1)如果您是Word2000或以上版本用戶，請(qǐng)把Word宏的安全性設(shè)為:中方法:Word菜單-工具-宏-安全性-安全級(jí),設(shè)置為中(如果您是Word97用戶，繼續(xù)執(zhí)行以下步驟)2)關(guān)閉本文檔，重新打開本文檔3)點(diǎn)擊啟用宏按鈕，即可開始填寫本文檔或打印了申請(qǐng)代碼：受理部門：收件日期：受理編號(hào)：國家自然科學(xué)基金申請(qǐng)書資助類別：亞類說明：附注說明：項(xiàng)目名稱：申請(qǐng)者：電話：依托單位：通訊

2、地址：郵政編碼：?jiǎn)挝浑娫挘弘娮余]件：申報(bào)日期：200FORMTEXT4年FORMTEXT3月FORMTEXT18日國家自然科學(xué)基金委員會(huì)基本信息yoKWT/OQ申請(qǐng)者信息姓名性別男出生年月1956年6月民族漢族學(xué)位博士職稱教授主要研究領(lǐng)域非金屬礦物深加工與應(yīng)用，新型環(huán)境材料電話01065710597電子郵件shuilinzh傳人網(wǎng)頁工作單位中國礦業(yè)大學(xué)（北京校區(qū)）/化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院在研項(xiàng)目批準(zhǔn)號(hào)依托單位信息名稱代碼10008316聯(lián)系人李嵐飛電子郵件llf電站地址合作單位信息單位名稱代碼項(xiàng)目基本信息項(xiàng)目名稱資助類別面上項(xiàng)目亞類說明自由申

3、請(qǐng)項(xiàng)目附注說明申請(qǐng)代碼E040505:礦物材料與應(yīng)用基地類別預(yù)計(jì)研究年限2005年1月2007年12月研究屬性應(yīng)用基礎(chǔ)研究摘要項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容和意義簡(jiǎn)介（限400字）：FORMTEXT本項(xiàng)目旨在研究制備硅藻土負(fù)載納米二氧化鈦這一新型材料的技術(shù)和原理，并將該材料應(yīng)用于深度處理氨氮廢水中，考察廢水處理的效果并研究其作用機(jī)理。該項(xiàng)目對(duì)于擴(kuò)展非金屬礦物在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用、為深度處理氨氮廢水提供新的“綠色”的方法，對(duì)于解決我國日益嚴(yán)重的水資源缺乏和水污染的問題有著十分重要的意義。關(guān)鍵詞(用分號(hào)分開，最多5個(gè))FORMTEXT硅藻土，二氧化鈦，納米材料，光催化，氨氮廢水項(xiàng)目組主要成員(杰出青年科學(xué)基金不填此

4、欄)編號(hào)姓名出生年月性別職稱學(xué)位單位名稱電話電子郵件項(xiàng)目分工每年工作時(shí)間（月）11964-11-20男副教授博士中國礦業(yè)大學(xué)（北京校區(qū)zs主要參加人521979-9-27女碩士生學(xué)士中國礦業(yè)大學(xué)（北京校區(qū)主要參加人931981-4-6男碩士生學(xué)士中國礦業(yè)大學(xué)（北京校區(qū)8208benson_參加人941976-02-09男博士生碩士中國礦業(yè)大學(xué)（北京校區(qū)8208dugaox主要參加人956789總?cè)藬?shù)高級(jí)中級(jí)初級(jí)博士后博士生碩士生FORMTEXT=ffdMmb_seniorno+ffd

5、Mmb_middle_no+ffdMmb_juniorno+ffdMmb_postdrno+ffdMmb_drcanno+ffdMmb_mscanno55FORMTEXT2FORMTEXTFORMTEXTFORMTEXTFORMTEXT1FORMTEXT2說明:1.高級(jí)、中級(jí)、初級(jí)、博士后、博士生、碩士生人員數(shù)由申請(qǐng)者負(fù)責(zé)填報(bào)，總?cè)藬?shù)自動(dòng)生成。說明:2.項(xiàng)目組主要成員不包括項(xiàng)目申請(qǐng)者。經(jīng)費(fèi)申請(qǐng)表（金額單位：萬元）科目申請(qǐng)經(jīng)費(fèi)備注（計(jì)算依據(jù)與說明）一.研究經(jīng)費(fèi)FORMTEXT=sum(tbl_budgetb3:b3)+sum(tbl_budgetb9:b9)+sum(tbl_budgetb12:

6、b12)+sum(tbl_budgetb15:b16)21.1921.1900FORMTEXT1.科研業(yè)務(wù)費(fèi)FORMTEXT=sum(tbl_budgetb4:b8)12.1912.1900FORMTEXT（1）測(cè)試/計(jì)算/分析費(fèi)FORMTEXT6.5900FORMTEXT樣品制備、測(cè)試、表征與數(shù)據(jù)處理等用（2）能源/動(dòng)力費(fèi)FORMTEXT0.5000FORMTEXT1FORMTEXT水電費(fèi)（3）會(huì)議費(fèi)/差旅費(fèi)FORMTEXT3.0000FORMTEXT參加國內(nèi)學(xué)術(shù)會(huì)議3次，出差3次（4）出版物/文獻(xiàn)/信息傳播費(fèi)FORMTEXT2.1FORMTEXT發(fā)表論文的版面費(fèi)（5）其它FORMTEXT0

7、.0000FORMTEXT2.實(shí)驗(yàn)材料費(fèi)FORMTEXT=sum(tbl_budgetb10:b11)44.0000FORMTEXT（1）原材料/試劑/藥品購置費(fèi)FORMTEXT4.0000FORMTEXT購買各種試驗(yàn)用藥劑、耗材等用（2）其它FORMTEXTFORMTEXT3.儀器設(shè)備費(fèi)FORMTEXT=sum(tbl_budgetb13:b14)33.0000FORMTEXT（1）購置FORMTEXT0.0000FORMTEXT（2）試制FORMTEXT3.0000FORMTEXT試制光催化處理廢水設(shè)備4.實(shí)驗(yàn)室改裝費(fèi)FORMTEXT1.0000FORMTEXT對(duì)實(shí)驗(yàn)室布局、流程調(diào)整用5.

8、協(xié)作費(fèi)FORMTEXT1.0000FORMTEXT校外部分試驗(yàn)合作用二.國際合作與交流費(fèi)FORMTEXT=sum(tbl_budgetb18:b19)0.00.0000FORMTEXT1.項(xiàng)目組成員出國合作交流FORMTEXT0.0000FORMTEXT2.境外專家來華合作交流FORMTEXT0.0000FORMTEXT三.勞務(wù)費(fèi)FORMTEXT3.5100FORMTEXT博士研究生500/月；碩士研究生400/月四.管理費(fèi)FORMTEXT1.3000FORMTEXT資助額的5合計(jì)FORMTEXT=sum(tbl_budgetb2:b2)+sum(tbl_budgetb17:b17)+sum(

9、tbl_budgetb20:b21)2626.0000FORMTEXT與本項(xiàng)目相關(guān)的其他經(jīng)費(fèi)來源國家其他計(jì)劃資助經(jīng)費(fèi)FORMTEXT0.0000其他經(jīng)費(fèi)資助（含部門匹配）FORMTEXT0.0000其他經(jīng)費(fèi)來源合計(jì)FORMTEXT=sum(tbl_budgetc23:c24)0.00.0000報(bào)告正文(一)立項(xiàng)研究與研究?jī)?nèi)容1.項(xiàng)目的立項(xiàng)依據(jù)隨著城市人口的增長(zhǎng)和工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，由各種廢水排放引起的水體富營養(yǎng)化問題日益突出。我國的某些湖泊已經(jīng)出現(xiàn)不同程度的富營養(yǎng)化。控制富營養(yǎng)化，必須控制氮磷的排放。廢水中氮以有機(jī)氮、氨氮、亞硝酸氮和硝酸氮四種形式存在。當(dāng)污水中的有機(jī)物被降解時(shí)，其中的有機(jī)氮降解為氨

10、氮。經(jīng)活性污泥法處理的污水有相當(dāng)量的氨氮排入水體，可以導(dǎo)致富營養(yǎng)化。因此，對(duì)廢水進(jìn)行二級(jí)處理時(shí)必須進(jìn)行脫氮處理。目前工業(yè)上采用的主要方法有化學(xué)法和生物法兩類。化學(xué)法有吹脫法和折點(diǎn)加氯法，吹脫法將水中的氨氮排放到大氣中，對(duì)大氣造成污染，而且這些氨氮還會(huì)回到水體中；折點(diǎn)加氯法雖然可以有效的去除氨氮，但是氯的存在對(duì)人體是有害的。生物法脫氮的周期較長(zhǎng)且對(duì)處理溫度、時(shí)間有較高的要求。因此，研究開發(fā)新的氨氮深度處理方法和理論有非常重要的意義。自SNFrank等開拓性地將半導(dǎo)體材料用于光催化降解污染物取得了突破性的進(jìn)展以來，光催化技術(shù)用于環(huán)境污染物的降解受到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛重視。目前要求對(duì)空氣及水污染治理

11、過程本身也應(yīng)該是環(huán)保的，即不能產(chǎn)生對(duì)人體和環(huán)境有害的副產(chǎn)品。光催化的作用過程就具有“綠色”特征，如光催化劑的安全性，在室溫或接近室溫的溫度下起作用，氧氣的最終來源是分子態(tài)氧等（比H2O2和O3等還弱的氧化劑）。在已被研究的催化劑中，TiO2被認(rèn)為是較為理想的。但是，由于TiO2的強(qiáng)親水性，在處理廢水后難以回收，需要將其負(fù)載于一定的載體上或者制備成膜。經(jīng)過載體負(fù)載或成膜處理后，催化劑的活性有所下降。常用的TiO2的光化學(xué)性能雖然較穩(wěn)定，但其帶隙能較大，達(dá)3.2eV，要在小于或等于387.5nm的紫外光下才能被激發(fā)。另外一個(gè)影響半導(dǎo)體光催化劑催化效率的重要因素是光生電子和光生空穴的復(fù)合。由于電子和

12、空穴極易復(fù)合，勢(shì)必會(huì)降低高活性氧化基團(tuán)的產(chǎn)率，導(dǎo)致催化劑催化能力的下降。因此，必須對(duì)催化劑進(jìn)行改性。一般可采用兩種方法進(jìn)行改性：一種是對(duì)催化劑進(jìn)行表面修飾；另一種是把催化劑制成納米材料。TiO2催化劑經(jīng)過適當(dāng)?shù)谋砻嫘揎椖芴岣吖馍娮?空穴對(duì)的分離效率，降低其復(fù)合幾率，有時(shí)還可拓寬其光激發(fā)響應(yīng)范圍，使其由短波區(qū)向長(zhǎng)波方向移動(dòng)甚至達(dá)到可見光區(qū)，為利用太陽能提供了一個(gè)有效的途徑。TiO2催化劑的表面修飾主要有貴金屬沉積、過渡金屬離子摻雜、半導(dǎo)體復(fù)合、表面預(yù)處理、表面光敏化等。近年來，人們對(duì)超微顆粒特別是對(duì)納米TiO2光催化劑的研究日益增多，國內(nèi)也開展了許多研究。余錫賓等用溶膠-凝膠（Sol-Gel）

13、法制備了粒徑為1020nm左右的TiO2納米顆粒，并詳細(xì)介紹了TiO2納米微粒的制備及其催化活性，以及TiO2納米微粒尺寸效應(yīng)與吸收特性的關(guān)系?；魫廴旱扔卯惐尖佀狨?水-醇體系制備納米TiO2，降解廢水中的阿特拉津，降解率高達(dá)98.3%。同時(shí)，其采用Sol-Gel法制出無機(jī)非整比TiO2-x膜，經(jīng)過可控氣氛熱處理后，可在膜表面形成較多亞穩(wěn)相氧化空位缺陷，為催化表面提供了更多的吸附中心和反應(yīng)活性位，因而表現(xiàn)出更高的催化反應(yīng)活性。高濂等研究了納米晶金紅石相的光催化活性，發(fā)現(xiàn)量子尺寸的金紅石比相同尺度的銳鈦礦相二氧化鈦具有更高的降解苯酚活性；他們還使用TiO2納米晶光催化降解鉻酸根離子，結(jié)果表明銳

14、鈦礦型的催化活性最好。余家國等用溶膠凝膠法制備了銳鈦礦型納米TiO2粉體，經(jīng)光降解甲基橙水溶液證明較普通TiO2的活性有很大提高。為了提高二氧化鈦的光催化活性，許多研究者對(duì)其進(jìn)行了改性研究。在其表面沉積貴金屬被認(rèn)為是一種有效的方法，如Ag、Ir、Au、Ru、Pd等共沉積修飾的也有報(bào)道，這些金屬的沉積都在不同程度上提高了TiO2催化活性，但以Pt的修飾效果為最好。半導(dǎo)體中摻雜金屬離子不僅可能提高半導(dǎo)體的光催化作用，還可能使半導(dǎo)體的吸收波長(zhǎng)范圍擴(kuò)展至可見光區(qū)域。王劍波用Ce摻雜二氧化鈦粉用于降解DDNP廢水，在可見光照射的前提下取得了很好的效果。另外，半導(dǎo)體復(fù)合、表面光敏化、強(qiáng)酸修飾、熱處理也是提

15、高二氧化鈦的光催化活性的有效手段。施利毅等制備了SnO2TiO2復(fù)合顆粒，其光催化活性較純TiO2顆粒有較大提高；并認(rèn)為這是因?yàn)椴煌芗?jí)半導(dǎo)體之間光生載流子的運(yùn)輸和分離。由于二氧化鈦具有很強(qiáng)的親水性，而且，超細(xì)二氧化鈦容易團(tuán)聚。所以，用于廢水處理時(shí)，必須將其負(fù)載于一定的載體上才能使用。負(fù)載型TiO2的制備方法主要有溶膠凝膠法、CVD法、偶聯(lián)法、電泳法、自組裝成膜法、水解沉淀反應(yīng)法、反應(yīng)（磁控）濺射法以及脈沖激光沉積法等等。顏秀茹等制備出TiO2/SiO2復(fù)合材料并將其應(yīng)用于降解敵敵畏，結(jié)果表明，該材料的光催化敵敵畏的效果優(yōu)于純二氧化鈦粉末。戴清等研究了載鈦中孔二氧化硅分子篩的光催化性能，結(jié)果表

16、明，在相同鈦含量的情況下，復(fù)合材料的光催化性能隨著載體孔徑的增大而有所提高。美國專利US07223849公開了一種使用二氧化硅二氧化鈦共凝膠或二氧化硅二氧化鈦鉻三凝膠法制備一種催化劑用于聚合催化劑。劉鴻等使用泡沫鎳負(fù)載二氧化鈦用于光催化降解磺基水楊酸。日本的石原產(chǎn)業(yè)、堞化學(xué)公司等二氧化鈦生產(chǎn)公司將二氧化鈦負(fù)載于活性炭、陶瓷球擔(dān)載體等載體上制備出各種產(chǎn)品應(yīng)用于抗菌、防污、水處理和除臭等環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域。王儉將二氧化鈦負(fù)載于多孔玻璃上應(yīng)用于低濃度含酚廢水的處理，取得較好的效果。綜上所述，二氧化鈦可以被負(fù)載于玻璃、陶瓷片、粉體或者制備成膜。但是這樣得出的產(chǎn)品卻限制了二氧化鈦的作用面積和分散性。因此，尋找

17、一種既能夠有效負(fù)載納米二氧化鈦粉體、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，又可以方便地分散于水中、同時(shí)方便地回收的載體，有著重要的意義。使用無機(jī)天然礦物對(duì)廢水進(jìn)行吸附處理在近年來得到較為廣泛的重視和研究，尤其是在使用硅藻土、沸石、膨潤(rùn)土等礦物經(jīng)加工提純后用于去除廢水中的固體顆粒、重金屬離子和許多有機(jī)污染物方面已經(jīng)取得了許多研究成果，并有部分應(yīng)用于各種廢水的處理。應(yīng)用天然礦物處理廢水具有成本低廉、工藝簡(jiǎn)單、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。但研究發(fā)現(xiàn)，它們對(duì)深度脫除氨氮的處理效果并不好。硅藻土是由硅藻及其它微生物的硅質(zhì)遺骸組成的生物硅質(zhì)巖。其礦物成分主要是蛋白石（SiO2H2O）及其變種。硅藻土質(zhì)輕、多孔、相對(duì)密度小。硅藻土具有獨(dú)特的微

18、孔結(jié)構(gòu)，比表面積大，堆密度小，孔體積大，表面被大量硅羥基所覆蓋，通常其顆粒表面帶有負(fù)電荷，因此，在水溶液中可用于吸附金屬離子、有機(jī)化合物、高分子聚合物，還可以吸附蛋白質(zhì)等等。關(guān)于硅藻土對(duì)有機(jī)物的吸附研究，國內(nèi)外已經(jīng)作了大量的研究工作。Gryazev等研究了硅藻土（比表面積SBET=40m2/g,有效孔徑Deff=225），在三組分（丙酸、硬脂酸和萘烷）水溶液中的吸附性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：在硬脂酸濃度低于45mg分子/l時(shí)，硬脂酸的存在不影響硅藻土對(duì)丙酸的吸附，這是由于單層致密排列所致；可是丙酸的濃度低于100150毫克/升時(shí)，吸附量比在雙組分體系中丙酸的吸附量低。Zenana在1979年的研究表

19、明：硅藻土對(duì)污水中的E-六六六有較好的吸附效果。20世紀(jì)80年代以來，日本開展了硅藻土用于吸附去除造紙工業(yè)廢水中的有機(jī)物的研究工作，研究結(jié)果顯示：將6080。C下用硫酸活化1小時(shí)的硅藻土應(yīng)用于造紙廢水（pH=6.8，色度2000度，COD為1065mg/l）處理，投加1.5g/l活化硅藻土，污水的色度去除率為98%,COD去除率為71.74%。據(jù)波蘭（1971年）有關(guān)資料報(bào)道，采用酸化或煅燒的硅藻土吸附去除污水中的有機(jī)污染物研究表明：水溫條件2099，水的PH=68之間時(shí)，吸附劑與污染物之比（重量比）采用（23）：1時(shí)，硅藻土能有效去除污水中苯乙烯、甲苯和汽油。我國云南慶中環(huán)境科學(xué)研究所的研究

20、結(jié)果表明，用硅藻土處理以灰漿為主的造紙廢水，色度去除率達(dá)9398%，COD去除率7176%，草漿造紙廢水的色度去除率達(dá)9799%，COD去除率5863%，處理含鋅人造纖維廢水的色度去除率達(dá)9799%，COD去除率7076%，鋅的去除率為94.83%，處理栲膠廢水的COD去除率8590%，處理后出水無色透明。處理以活性染料為主的印染廢水脫色率為80%，COD去除率為60%。利用天然礦物處理廢水是利用其吸附性能，把污染物從水中轉(zhuǎn)移出來，有害的物質(zhì)并沒有去除。處理廢水后的污泥的處理成為限制天然礦物在環(huán)境保護(hù)中應(yīng)用的主要因素。因此，開發(fā)徹底去除有害物質(zhì)或者回收利用有害物質(zhì)的工藝和技術(shù)有著重要的意義。綜

21、上所述，制備用硅藻土負(fù)載的納米TiO2材料，在用于深度處理氨氮廢水時(shí)，可以綜合硅藻土的吸附功能、納米TiO2顆粒的大比表面積和高比表面能的性能和高催化活性、抗菌等優(yōu)異性能。另外，硅藻土來源廣、價(jià)格便宜，使得該新型材料的制造成本低廉，因此，應(yīng)用前景廣闊。由于硅藻土具有強(qiáng)的吸附性能，可以吸附水中小的固體顆粒、重金屬離子和大部分有機(jī)污染物；二氧化鈦有抗菌性能，因此，這種水處理劑還具有殺菌性能和進(jìn)一步凈化水質(zhì)的功能。據(jù)2000年中國環(huán)境狀況公報(bào)，2000年，我國工業(yè)和城市生活污水排放總量為415億噸，其中工業(yè)廢水排放量為194億噸，城市生活污水排放量為221億噸。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國近年來氨氮的排放量為129

22、萬噸左右，并且逐年上升。適時(shí)研究開發(fā)“綠色”的去除氨氮的理論和工藝技術(shù)，對(duì)于解決我國日益嚴(yán)重的水污染和缺水的問題有著十分重要的意義。主要參考文獻(xiàn)霍愛群,譚欣,叢培君.納米TiO2膜光催化降解廢水中阿特拉津的研究.工業(yè)水處理,1998,18（3）：2526，29KuoWS,HoPH，etal.Solarphotocatalyticdecolorizationofmethyleneblueinwater.Chemosphere,2001,45:7784孫靜,高濂.三氯化鈦水解法制備納米金紅石相氧化鈦粉體.化學(xué)學(xué)報(bào),2002,60（8）：7477陳士夫,趙夢(mèng)月,陶躍武等.玻璃纖維附載TiO2光催化降

23、解有機(jī)磷農(nóng)藥.環(huán)境科學(xué),1996,17（4）:3335顏秀茹,宋寬秀,霍明亮等.TiO2/SiO2的制備及其光催化降解敵敵畏.應(yīng)用化學(xué),1999,9496VinogopalK,KamatPV.Enhancedratesofphotocatalyticdegradationofanazo-dyeusingSnO2/TiO2coupledsemiconductorthinfilms.EnvironmentalScienceandTechnology,1995,29（3）:841OhnoT,SaitoS,FujiiharaK,etal.Photocatalyzedproductionofiodide

24、usingplatiunum-loadedTiO2powder.BullittonofChemicalofJapen,1996,69（11）:30593064王怡中,符雁,湯鴻霄.甲基橙溶液多相光催化降解研究.環(huán)境科學(xué),1998,19（1）:14BrigatteMF,CoradiumFandFrachiniG.InteractionofexchangedZn2+-montmorilloniteJ.ClaysandClayMinerals.1994,42(3):288296M.I.Panayotova.Kineticsandthermodynamicsofcopperionsremovalfro

25、mwastewaterbyuseofzeolite.WasteManagement.2001,21:671676OukiS,ChristopherR.Naturalzeoliteutilizationsinpollutioncontrol:areviewofapplicationstometalseffluents.ChemtechBiotechnol.1994,59:121123Y.Al-degs,M.A.M.KhraishenandM.F.Tutunji.Sorptionofleadionsondiatomiteandmanganeseoxidesmodifieddiatomite.Wat

26、.Res.2000，35（15）：3724372813王劍波.二氧化鈦光催化劑的摻雜改性與應(yīng)用研究D.北京科技大學(xué)博士學(xué)位論文.2003，12:15202.項(xiàng)目的研究?jī)?nèi)容、研究目標(biāo)，以及擬解決的關(guān)鍵問題氨氮廢水的深度處理對(duì)于廢水資源的回收利用和解決水體富營養(yǎng)化的問題十分重要。通過上面的論述可知，如果將納米二氧化鈦成功的負(fù)載于硅藻土表面，制備成可以懸浮于廢水中而又可以順利與水分離的高催化活性的光催化劑，并且將其應(yīng)用于氨氮廢水的深度處理，可以將氨氮氧化，而不是轉(zhuǎn)移到其他地方，將是一個(gè)環(huán)保型的工藝技術(shù)。而且，所制備的光催化劑還可能具有成本低廉、同時(shí)具有抗菌、除臭、可以吸附其他重金屬離子等優(yōu)點(diǎn)。本項(xiàng)目

27、以實(shí)驗(yàn)室前期對(duì)硅藻土精細(xì)提純工藝和理論、超細(xì)電氣石粉體表面包覆納米TiO2以提高其白度的工藝及其機(jī)理研究等工作為基礎(chǔ)，利用硅藻土的多孔、吸附能力強(qiáng)、與水分離容易等特點(diǎn)和納米二氧化鈦粉的光催化活性結(jié)合起來，制備一種用于深度去除氨氮廢水中的氨氮的新型水處理劑。其主要研究?jī)?nèi)容是：=1*GB3硅藻土表面負(fù)載納米TiO2材料的制備工藝技術(shù)及其反應(yīng)過程熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析；=2*GB3用硅藻土負(fù)載納米TiO2材料深度處理氨氮廢水的實(shí)驗(yàn)以及反應(yīng)過程熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析。該項(xiàng)目的研究目標(biāo)是：獲得硅藻土表面負(fù)載納米TiO2材料的制備技術(shù)及其理論基礎(chǔ)、氨氮廢水處理應(yīng)用技術(shù)及理論基礎(chǔ)；為廢水氨氮處理中氨氮的深度去除提供

28、新材料和新方法。本課題擬解決的關(guān)鍵問題是：兼具吸附、光催化等功能、可以高效低耗深度處理氨氮廢水的硅藻土負(fù)載納米TiO2材料的制備工藝及其理論基礎(chǔ)。3.擬采取的研究方案及可行性分析（1）擬采取的研究方案=1*GB3硅藻土負(fù)載納米TiO2材料的制備擬采用化學(xué)沉淀法制備硅藻土負(fù)載納米TiO2材料，采用四氯化鈦溶液為母液，將精制硅藻土分散于母液中，然后在一定的條件下水解四氯化鈦溶液，反應(yīng)后將其過濾、烘干、煅燒而得到硅藻土負(fù)載納米TiO2光催化劑。影響硅藻土負(fù)載納米TiO2光催化劑的制備效果的因素有母液濃度、pH值、反應(yīng)溫度、水解速度、反應(yīng)時(shí)間等因素，使用正交試驗(yàn)法對(duì)各主要影響因素進(jìn)行研究并獲得制備不同

29、負(fù)載率的硅藻土負(fù)載納米TiO2材料的最優(yōu)工藝參數(shù)。該試驗(yàn)研究的關(guān)鍵問題是如何使生成的納米二氧化鈦粉體為納米級(jí)且均勻分布在硅藻土的表面，如何控制納米二氧化鈦的晶型（銳鈦礦型或者金紅石型）。解決二氧化鈦粒度的辦法是通過試驗(yàn)研究控制二氧化鈦生成反應(yīng)的條件（母液濃度、反應(yīng)溫度、pH值、水解速度等等）。解決二氧化鈦晶型的辦法是通過試驗(yàn)確定合適的煅燒方式和恒溫時(shí)間。=2*GB3硅藻土負(fù)載納米TiO2材料性質(zhì)與性能的表征及反應(yīng)過程動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)分析在制備出硅藻土負(fù)載納米TiO2材料的基礎(chǔ)上，對(duì)材料進(jìn)行原子力顯微鏡、透射電子顯微鏡、化學(xué)成分、礦物成分以及表面二氧化鈦顆粒的晶型等分析，以表征硅藻土負(fù)載納米TiO

30、2光催化劑的性質(zhì)，同時(shí)根據(jù)后面的處理氨氮廢水的效果對(duì)該材料進(jìn)行催化活性分析和表征。=3*GB3硅藻土負(fù)載納米TiO2材料深度處理氨氮廢水的研究擬在實(shí)驗(yàn)室自制硅藻土負(fù)載納米TiO2處理廢水實(shí)驗(yàn)裝置，進(jìn)行硅藻土負(fù)載納米TiO2深度處理氨氮廢水的研究。對(duì)不同硅藻土/TiO2的光催化劑、不同初始氨氮濃度、不同光強(qiáng)度的條件下氨氮的去除率進(jìn)行研究，考察所制備的光催化材料的催化活性，尋求硅藻土負(fù)載納米TiO2光催化劑深度處理氨氮廢水的最優(yōu)工藝參數(shù)。=4*GB3硅藻土負(fù)載納米TiO2材料深度處理氨氮廢水的機(jī)理研究在前三步試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合光催化的相關(guān)理論，對(duì)硅藻土負(fù)載納米TiO2光催化劑深度處理氨氮廢水的

31、機(jī)理進(jìn)行探索研究和分析。（2）可行性分析納米二氧化鈦是一種優(yōu)良的光催化材料或催化劑。硅藻土是一種天然多孔結(jié)構(gòu)的吸附材料，其粒度一般為數(shù)十微米，孔徑一般為幾個(gè)納米至數(shù)百納米。采用化學(xué)沉淀法，通過控制鈦鹽的水解，使納米二氧化鈦粒子沉淀負(fù)載于硅藻土顆粒表面或界面，再經(jīng)過煅燒處理可以期望得到一種兼具吸附、光催化等功能、可以高效低耗深度處理氨氮廢水的新型材料。鈦鹽的水解沉淀法是一種成熟的制備二氧化鈦包覆或負(fù)載層的方法，適當(dāng)控制水解、沉淀反應(yīng)及煅燒工藝條件完全有可能制備這種新型水處理材料。改變懸浮液濃度、水解速度、pH、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間以及煅燒溫度和煅燒時(shí)間等可以調(diào)節(jié)和控制負(fù)載納米二氧化鈦的負(fù)載率、厚度

32、、均勻度以及晶型和晶粒大小等，參數(shù)可調(diào)范圍大。因此，研究方法有可靠的科學(xué)依據(jù)；而且技術(shù)路線在實(shí)驗(yàn)室條件下可以實(shí)現(xiàn)；此外，所需實(shí)驗(yàn)手段具備。因此，研究方案是可行的，能夠確保研究?jī)?nèi)容的完成和研究目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。4.本項(xiàng)目的特色和創(chuàng)新之處使用硅藻土負(fù)載納米TiO2粉制備新型廢水處理材料，是一個(gè)全新的課題，前人尚未進(jìn)行系統(tǒng)的研究。硅藻土本身是一種性能獨(dú)特的吸附材料且處理廢水后容易與水分離，將其負(fù)載TiO2用于氨氮廢水的處理，可以解決因二氧化鈦的強(qiáng)親水性而引起的粉體催化劑難以回收和硅藻土水處理劑不能有效處理氨氮廢水的問題，將為氨氮廢水的深度處理提供新的方法和工藝，具有十分重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。本項(xiàng)目的創(chuàng)

33、新之處在于：（一）使用硅藻土負(fù)載納米二氧化鈦制備新型廢水處理劑的理論和工藝。前人在二氧化鈦的負(fù)載方面已經(jīng)進(jìn)行了一系列的研究，但是用天然多孔礦物硅藻土顆粒負(fù)載納米二氧化鈦廢水處理材料的制備研究尚未見報(bào)道。（二）硅藻土負(fù)載納米TiO2材料深度處理氨氮廢水的機(jī)理和處理工藝。前人對(duì)氨氮廢水的光催化氧化進(jìn)行了部分研究，但使用硅藻土負(fù)載納米TiO2廢水處理劑對(duì)氨氮廢水進(jìn)行光催化氧化處理尚未見報(bào)道，對(duì)硅藻土負(fù)載納米TiO2廢水處理劑深度處理氨氮廢水的機(jī)理研究也未見報(bào)道。5.年度研究計(jì)劃及預(yù)期研究結(jié)果（1）年度研究計(jì)劃2005年1月至12月，進(jìn)行硅藻土負(fù)載納米TiO2材料的制備工藝試驗(yàn)和理論基礎(chǔ)研究；硅藻土負(fù)

34、載納米TiO2材料性質(zhì)與性能的表征研究。參加學(xué)術(shù)會(huì)議1次。2006年1月至12月，自制硅藻土負(fù)載納米TiO2處理廢水實(shí)驗(yàn)裝置，進(jìn)行硅藻土負(fù)載納米TiO2深度處理氨氮廢水的試驗(yàn)研究以及硅藻土負(fù)載納米TiO2材料深度處理氨氮廢水的機(jī)理研究；參加學(xué)術(shù)會(huì)議1次。2007年1月至12月，根據(jù)深度處理氨氮廢水的試驗(yàn)結(jié)果和機(jī)理研究，進(jìn)行硅藻土負(fù)載納米TiO2材料的制備工藝優(yōu)化試驗(yàn)，深化制備基礎(chǔ)理論研究，以進(jìn)一步提高水處理效果；撰寫研究報(bào)告并結(jié)題；參加學(xué)術(shù)會(huì)議1次。（2）預(yù)期的研究成果該申請(qǐng)項(xiàng)目的預(yù)期研究成果為：（一）硅藻土負(fù)載納米TiO2材料的制備工藝和機(jī)理。（二）硅藻土負(fù)載納米TiO2材料深度處理氨氮廢水

35、的機(jī)理和處理工藝。研究成果還將包括培養(yǎng)1名博士生，2名碩士生；在國內(nèi)外公開發(fā)行的學(xué)術(shù)刊物或國內(nèi)外學(xué)術(shù)會(huì)議上發(fā)表34篇論文，其中被SCI或EI收錄2篇；申報(bào)12項(xiàng)發(fā)明專利。(二)研究基礎(chǔ)和工作條件1.工作基礎(chǔ)本課題組對(duì)非金屬礦的深加工及其利用進(jìn)行了多年的研究，熟悉硅藻土礦的選礦加工技術(shù)和硅藻精土廢水處理技術(shù)。與本課題相關(guān)的研究主要有：=1*GB3硅藻土礦的選礦提純；=2*GB3對(duì)使用二氧化鈦對(duì)電氣石粉進(jìn)行包覆以提高其白度進(jìn)行了研究，使得電氣石的白度由0提高到60以上，該項(xiàng)目已經(jīng)申請(qǐng)發(fā)明專利（申請(qǐng)?zhí)枺?2156763.8）；=3*GB3對(duì)用硅藻土生產(chǎn)納米二氧化硅進(jìn)行了試驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)室和擴(kuò)大試驗(yàn)制取

36、了粒徑2080nm左右的納米二氧化硅，目前正在籌備實(shí)施中等規(guī)模試驗(yàn)；=4*GB3使用硅藻精土吸附（重金屬離子、有機(jī)物等）處理污水進(jìn)行過試驗(yàn)研究，該研究成果已經(jīng)在云南等地應(yīng)用于工業(yè)廢水處理。另外，本課題組還對(duì)煤系高嶺土的煅燒工藝和表面改性工藝、納米碳酸鈣粉體的表面改性工藝、水鎂石制備超細(xì)活性無鹵阻燃劑、氫氧化鋁粉體的表面改性、石棉尾礦高效綜合利用等項(xiàng)目進(jìn)行了研究并取得成功。2.工作條件現(xiàn)有的試驗(yàn)條件包括硅藻土負(fù)載納米TiO2材料的制備用所有儀器和設(shè)備；可以利用學(xué)校的設(shè)備進(jìn)行硅藻土負(fù)載納米TiO2粉性質(zhì)的表征測(cè)試和光催化效果的檢測(cè)；尚缺少的設(shè)備為處理氨氮廢水的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，擬實(shí)驗(yàn)室自制。3.申請(qǐng)人簡(jiǎn)歷

37、鄭水林,男,47歲,博士,教授、博士生導(dǎo)師；1982.1畢業(yè)于原武漢建材學(xué)院；1985.1畢業(yè)于原武漢工業(yè)大學(xué)北京研究生部獲碩士學(xué)位；1999.6畢業(yè)于北京科技大學(xué)獲工學(xué)博士學(xué)位；1982.21982.8在原四川非金屬礦山設(shè)計(jì)研究院工作；1985.12000.11在原武漢工業(yè)大學(xué)北京研究生部工作，1997.9晉升教授；2000.122002.4任北京工業(yè)大學(xué)責(zé)任教授；2002.5至今任中國礦業(yè)大學(xué)（北京校區(qū)）教授、博士生導(dǎo)師；中國顆粒學(xué)會(huì)理事兼顆粒制備與處理專委會(huì)副主任,中國硅酸鹽學(xué)會(huì)非金屬礦分會(huì)理事兼礦物材料與礦物加工專委會(huì)主任,中國非金屬礦工業(yè)協(xié)會(huì)常務(wù)理事、專家委員會(huì)副主任、中國非金屬礦工

38、業(yè)協(xié)會(huì)加工利用技術(shù)專委會(huì)副主任兼專家組長(zhǎng)。1985年至今參與或負(fù)責(zé)完成國家“七.五”攻關(guān)、地方及企業(yè)委托的各類科研項(xiàng)目20余項(xiàng)(其中參與完成的二項(xiàng)國家“七.五”科技攻關(guān)項(xiàng)目分獲國家建材局科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)和三等獎(jiǎng))，獲發(fā)明專利2項(xiàng)（第一發(fā)明人）；2002年申請(qǐng)受理發(fā)明專利3項(xiàng)，2003年申請(qǐng)受理發(fā)明專利1項(xiàng)；公開發(fā)表科研論文70余篇；著有粉體表面改性（1995.12）、非金屬礦加工技術(shù)與設(shè)備（1998.6）、超細(xì)粉碎（1999.5）、超細(xì)粉碎工藝設(shè)計(jì)與設(shè)備手冊(cè)（2002.8）、非金屬礦加工與應(yīng)用（2003.4）、粉體表面改性（第二版）（2003.8）等著作。1999年入選北京市跨世紀(jì)優(yōu)秀人才。已經(jīng)

39、培養(yǎng)碩士研究生8名。另外，正在培養(yǎng)5名博士研究生、9名碩士研究生。本項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人,負(fù)責(zé)研究和試驗(yàn)方案的制定、關(guān)鍵的研究和試驗(yàn)工作、工作總結(jié)和研究報(bào)告的撰寫等。近期發(fā)表的有關(guān)論文：（1）鄭水林,王慶中.改性硅藻土在污水處理中的應(yīng)用研究.非金屬礦.2000年第4期:3637頁（2）鄭水林,佟福林.無機(jī)納米粉體的表面改性.中國粉體技術(shù)2002年專輯:97100頁（3）鄭水林,錢柏太,盧壽慈，煅燒高嶺土/硅藻土復(fù)合填料表面改性研究.中國粉體技術(shù)2000（1）：69頁（4）鄭水林.2000-2001中國粉體表面改性技術(shù)研究進(jìn)展，非金屬礦2002年9月（增刊）37（5）鄭水林，李楊，許霞.溫度對(duì)煤系煅燒高

40、嶺土物化性能影響的研究.硅酸鹽學(xué)報(bào).2003，31（4）：417420（6）ShuilinZheng,QinghuiZhang.Surface-modificationoffineredironoxidepigment.Particuology.2003,1(4):176180（7）杜高翔，鄭水林，李楊等.用攪拌磨制備超細(xì)粉體的試驗(yàn)研究.礦冶.2003，12（4）：5457（8）鄭水林，張清輝，李楊.超細(xì)氧化鐵紅顏料的表面改性研究.礦冶.2003，12（2）：6973許澤勝：男，38歲，工學(xué)博士，副教授；1984.91988.7，在武漢化工學(xué)院學(xué)習(xí)，獲工學(xué)學(xué)士學(xué)位；1988.71991.9,在化工部化學(xué)礦產(chǎn)地質(zhì)研究院從事科學(xué)研究工作；1991.91994.4,在中國礦業(yè)大學(xué)北京研究生部學(xué)習(xí)，獲工學(xué)碩士學(xué)位；1994.41995.8,在中國礦業(yè)大學(xué)北京研究生部任教，從事教學(xué)和科研工作；1995.81996.8，被煤炭工業(yè)部派駐山西省沁源縣從事扶貧工作；1996.91999.7,在中國礦業(yè)大學(xué)北京校區(qū)從事教學(xué)和科研工作期間攻讀在職博士學(xué)位，并于1999年6月獲博士學(xué)位；1999年至今在中國礦業(yè)大學(xué)北京校區(qū)從事教學(xué)和科研工作。負(fù)責(zé)和參與完成包括煤系高嶺巖、粉石英等非金屬礦綜合利用在內(nèi)的科研項(xiàng)目20余項(xiàng)，其中參與完成的“中國煤成漿性的理論研