铁和碳纳米复合材料的制备及其微波诱导催化氧化罗丹明B
李武客，张礼知
华中师范大学化学学院，武汉，430079
一、实验目的
1. 了解纳米催化材料的制备方法；
2. 探讨铁和碳纳米复合材料微波诱导催化氧化罗丹明B 水溶液的机理及宏观反
应动力学行为；
3. 初步掌握催化剂的表征及催化性能评价的一般方法。
二、实验原理
微波(MW)是指波长在1 mm~1 m 、频率在300~300 000 MHz 范围内的电磁波。微波技术起源于20世纪30年代，最初应用于通讯领域。1967年，N ．H ．Willians 报道了用微波加快化学反应的试验结果，将微波技术引入化学，并逐渐形成了微波化学新领域。微波技术在20世纪80年代得到了迅猛的发展，将微波技术用于治理环境污染是近年来兴起的一项新的研究领域，因其快速、高效和无二次污染等特点而倍受环境研究者的青睐。常用频率2450 MHz 。
在液体中，微波能使极性分子高速旋转，产生热效应，其相互关系如下：
p e C E f t T ρεεπ2
''ff 02=?? （1） 式中：T 是温度；t 是时间；f 是微波频率；ε0是真空介电常数；''ff e ε是复介电常数的虚部；E 是电场强度；ρ是密度；C p 是热容。
许多磁性物质如过渡金属及其化合物、活性炭等对微波有很强的吸收能力，常作为诱导化学反应的催化剂。众多学者认为微波诱导催化反应的基本原理是将高强度短脉冲微波辐射聚集到含有某种“敏化剂”（如铁磁金属）的固体催化剂床表面上，使某些表面点位与微波能强烈的相互作用，微波能将被转变成热能，从而使某些表面点位选择性地被迅速加热到很高的温度（例如很容易超过1200 ℃），诱导产生高能电子辐射、臭氧氧化、紫外光解和非平衡态等离子体等多种反应，可以形成活性氧化物质，从而使有机物直接分解或将大分子有机物转
变成小分子有机物。由公式（1）可知：这种反应可以通过微波频率及作用时间等来控制。催化剂的作用不仅仅在于把热能聚焦，而且还可借它与反应物和产物相互作用的选择性而影响反应的进程。
微波诱导催化反应中，微波主要是与催化剂或其载体相作用，被激活的催化剂再催化相应反应的进行。由此可见，微波诱导催化反应中催化剂及载体的作用是非常重要的，必须要与所加微波能发生强烈的相互作用。对于金属催化剂，能与微波发生强烈相互作用的当然主要是那些铁磁性金属，如镍、钴和铁等。对于过渡金属氧化物，依据其升温行为及其与微波之间的相互作用情况，可分成3类：①微波高损耗物质。如Ni2O3、MnO2、CoO4等，它们都具有很强的吸收微波能力，在微波场中升温速率很快，因而对微波极为敏感，在微波场中具有很高的活性。②微波升温曲线有一个拐点的物质。这类物质包括Fe2O3、CdO、V2O5等，需要在微波场中辐照一段时间后才开始急剧升温。③微波低损耗物质。它们在微波场中升温很慢或基本不升温，如TiO2、ZnO、PbO。很显然，最适宜作催化剂的是微波高损耗物质，而载体则宜选用微波低损耗物质。
物质材料对电磁波的损耗与其复介电常数（ε＝ε′－jε″）和复磁导率（μ＝μ′－jμ″）相关。复介电常数与复磁导率分别反映了电磁波在进入材料后产生电损耗与磁损耗的能力。介电常数的实部ε′，也就是实介电常数，反映材料储存电荷或储存能量的能力，虚部ε″标志着材料对能量损耗的大小，虚部越大意味着电损耗越大。磁导率的实部μ′反映材料在磁场作用下产生的磁化程度，虚部μ″是材料在外交变磁场作用下磁损耗的量度，虚部越大意味着磁损耗越大。故，复介电常数与复磁导率谱是研究材料与电磁波相互作用的最重要的电磁参数。
当然，物质吸收微波的能力与很多因素有关，所以在实际工作中微波诱导催化反应所用催化剂的选择往往还需要通过大量实验来加以筛选。
碳纳米管、铁纳米线由于本身所具有的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应，以及其特有的螺旋、管状和核壳结构，使其成为一种非常具有潜力的微波诱导催化剂。
为考查铁和碳纳米复合材料对染料化合物的微波诱导催化氧化能力，选用一种常见的碱性染料罗丹明B作为目标反应物进行微波诱导催化催化脱色反应。
罗丹明B溶液在555 nm处有最大吸收峰，可以在波长为555 nm处测量罗丹明B溶液的吸光度。根据朗伯－比耳定律：
A ＝Dlc （2）
A 为溶液的吸光度；l 为比色皿光径长度；D 为吸收系数；c 为罗丹明
B 溶液的浓度。
催化剂对目标反应物的吸附也会导致浓度变化，用反应溶液的吸光度变化率来表示催化剂的催化活性。
Activity(％) ＝0
0A A A ×100％ (3) 式中A 0是起始罗丹明B 溶液的吸光度，A 是反应后溶液的吸光度。
三、仪器与药品
紫外可见分光光度计，实验用微波炉，X 射线衍射仪（选用），扫描电子显微镜（选用），总有机碳分析仪，离心机，电子天平；三氯化铁，硼氢化钠，碳纳米管（CNTs ），无水乙醇。
四、实验步骤
1. Fe@Fe 2O 3/CNTs 催化剂的制备
将0.5 g FeCl 3. 6H 2O 溶解在60 ml 蒸馏水中，然后加入碳纳米管0.2 g ，搅拌并且超声处理2 min 分散均匀。在另一个烧杯中加入30 ml 蒸馏水，加入0.6 g NaBH 4溶解。将NaBH 4溶液逐滴加入到FeCl 3溶液中，静置10分钟，待反应完全，可观察到有很多黑色絮状物产生。将烧杯中的产物抽滤，并依次用蒸馏水和无水乙醇淋洗，并抽滤至干。得到的黑色粉末就是碳纳米管负载的Fe@Fe 2O 3。
2. 微波诱导催化氧化RhB 溶液
取50mL 、5mg/L 的RhB 溶液，加入上述制备的催化剂，置于微波体系中，打开冷凝水，预置90o C ，每隔3min 取一次溶液。将所得的5组样品溶液离心，在555 nm 处，测其吸光度。
3. 总有机碳（TOC ）测定
按照总有机碳测定仪的操作方法测试第三步所取得RhB 溶液样品的总有机碳值，计算微波诱导催化氧化RhB 过程中有机碳矿化成CO 2的比例（即矿化率）。
4. 实验完毕，清洗反应器，将仪器恢复原位，桌面擦拭干净。
五、注释
1．数据处理
①根据吸光度的变化，分析催化剂的降解能力。
②考察浓度与时间的变化关系，判断反应的宏观动力学行为。
2．注意事项
①在Fe@Fe2O3的制备过程中，会产生大量的氢气，要防止爆炸；
②Fe@Fe2O3烘干时应及时通入N2 ；
③在微波降解染料取样的过程中，温度可能会过高，应避免烫伤；
④实验前仔细阅读离心机等仪器说明书，使用时一定要遵守操作规程。
六、思考题
1．Fe@Fe2O3烘干时，为什么要及时通入大量N2 ？
2．复合催化剂制作过程中，为什么不用水而用无水乙醇将其混合？
3．Al2O3对微波不具有吸收作用，是“透明”的，直接用于微波反应的催化剂恰当否？
4．请分析有机物氧化和矿化之间的联系和区别。
七、参考文献
[1] Ai, Z. H.; Wang, Y. N.; Xiao, M.; Zhang, L. Z.; Qiu. J. R. J. Phys. Chem. C [J]. 2008, 112, 9847.
[2] Ai, Z. H.; Mei, T.; Liu, J.; Li, J. P.; Jia, F. L.; Zhang, L. Z.; Qiu. J. R. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 14799.
[3] Lu, L. R.; Ai. Z. H.; Li, J. P.; Zheng, Z.; Li, Q.; Zhang, L. Z. Cryst. Growth Des. 2007, 7, 459.
[5] 王鹏．环境微波化学技术[M]. 北京:化学工业出版社，2003.
（华中师范大学化学学院李武客，张礼知）
广东石油化工学院《文献检索与科技写作》课程论文题目：微波催化氧化技术的进展 学院：化工与环境工程学院 专业：化学工程与工艺 班级：化工09 学号：51 学生姓名：张** 任课教师：陈兴来(副教授) 完成时间：2012年10月28日
微波催化氧化技术的进展 【摘要】本文介绍了微波催化氧化技术、微波催化反应机理、微波催化氧化技术的发展、微波催化氧化技术在环保方面的应用、微波催化氧化技术在垃圾渗滤液处理中的应用、微波强化光催化氧化技术研究、微波诱导氧化技术在有机废水处理中的应用以及结论与展望、 【关键词】微波、催化氧化技术、机理、环保、垃圾渗滤液、强化光、有机废水、处理及应用 微波催化氧化技术 微波催化氧化技术（MCAO）即将微波技术应用于湿式催化氧化技术中，克服了湿式催化氧化技术的一些缺点。如前所述，在微波场中，剧烈的极性分子震荡，能使化学键断裂故可用于污染物的降解。众多学者认为微波诱导催化反应的基本原理是将高强度短脉冲微波辐射聚集到固体催化剂床表面上，使某些表面点位选择性地被很快加热至很高温度。此时反应器中的任何试剂都不会被微波直接加热，但当这些试剂与受激发的表面点位接触时却可以发生化学反应。这种反应通过脉冲强度及作用时间等来控制。这说明，催化剂不仅收集热能，还起着普通催化剂的作用，通过催化剂的专一及选择性可影响反应的进程。 微波催化反应机理研究 微波是频率大约在300 MHz～300 GHz，即波长在100 cm 到1 mm 电磁波，具有直线性、反射性、吸收性和穿透性等特征。微波加热是一种内源性加热，是对物的深层加热，具有许多优点，如选择性加热物料、升温速率快、加热效率高，易于自动控制。在传统微波辐射技术上发展起来的微波诱导催化氧化技术是该类废水处理方法的新的研究热点。
南京晓庄学院化学系大型仪器学生用讲义 之微波合成仪的使用及应用 一、实验原理 微波是一种频率在300 MHz～300 GHz 之间的电磁波,位于电磁波谱的红外辐射和无线电波之间。自1986 年Gedye 等首次将微波应用于有机合成以来，该技术在化学合成方面得到广泛应用。微波技术应用于化学合成领域，不仅可以提高化学反应速度，还能改进产品的性能。微波在无机固相反应中的应用是近年来迅速发展的一个新领域，人们将微波技术应用于陶瓷材料、发光材料、电子材料及沸石分子筛等无机固体材料的合成，体现了高效、节能、环保等优点，因此该技术在无机固相反应中得到了快速发展。 1、微波加热的原理 微波是一种包含电场和磁场的电磁波，当微波作用到物质表面时，可能产生电子极化、原子极化、界面极化及偶极转向极化，其中偶极转向极化及界面极化对物质的加热起主要作用。在微波场中,物质的偶极子与电场作用产生转矩，宏观偶极矩不再为零，这就产生了偶极转向极化。由于产生的交变电场以每秒高达数亿次的高速转向，偶极转向极化不具备迅速跟上交变电场的能力而滞后于电场，从而导致材料内部功率耗散，一部分微波能转化为热能，使得物质本身升温。 2、微波加热的特点 微波加热不同于传统加热,传统加热是通过辐射、对流、传导3 种方式由表及里进行的,而微波加热是材料在电磁场中由介质损耗而引
起的体加热,一般有如下特点:1) 体加热性. 微波加热时,微波进入介质内部直接与介质作用,依靠介质损耗微波能而升温,具有体积加热性,因此可以在被加热物质的不同深度同时产生热,加热均匀温度梯度小,有利于固化反应的进行. 2) 选择性加热. 不同介质吸收微波的能力 是不同的,对良导体,微波几乎全部被反射,因此良导体很难被微波加热;对电导率低、极化损耗又很小的微波绝缘体介质,微波基本上是全射透,一般也不易加热;而对那些电导率和极化损耗适中的介质,很容易吸收微波而被加热,因此能对混合物中的各个组分进行选择性加热. 3) 升温控制独特. 微波加热是随微波的产生或消失而开始或终止,有利于对温度控制较高的化学反应. 4) 微波加热还具有热效应高、化学污染小或无污染、方法简便的特点. 3、微波用于固相配位反应 固相配位反应是一个新的研究领域，如合成金属配合物的顺反异构体、原子簇合物以及只能在固态才能稳定存在的固配化合物。微波辐射条件下的的固相配位反应与传统加热下反应相比，速度提高了数十倍乃至数百倍，而且微波辐射下固相反应进行得更加完全，且产率更高。 二、实验仪器与药品： 微波合成仪、玛瑙研钵、微量注射器、烧杯、电子天平； Cu(OAc)2·H2O，Ni(OAc)2·4H2O，Co(OAc)2·4H2O，8-羟基喹啉，氨基乙酸 三、实验步骤：
TiO2光催化原理及应用 一.前言 在世界人口持续增加以及广泛工业化的过程中，饮用水源的污染问题日趋严重。根据世界卫生组织的估计，地球上22% 的居民日常生活中的饮用水不符合世界卫生组织建议的饮用水标准。长期摄入不干净饮用水将会对人的身体健康造成严重危害, 世界围每年大概有200 万人由于水传播疾病死亡。水中的污染物呈现出多样化的趋势，常见的污染物包括有毒重金属、自然毒素、药物、有机污染物等。常规的饮用水净化技术有氯气、臭氧和紫外线消毒以及过滤、吸附、静置等，但是这些方法对新生的污物往往不是非常有效，并且可能导致二次污染。包括我国在世界围广泛应用的氯气消毒法，可能在水中生成对人类健康有害的高氯酸盐。臭氧消毒是比较安全的消毒方法，但是所需设备昂贵；而紫外线消毒法需要能源支持，并且日常的维护都需要专业的技术人员；吸附法一般需要消耗大量的吸附剂，使用过的吸附剂一般需要额外的处理。这些缺点限制了它们的应用围，迫切需要发展一种高效、绿色、简单的净化水技术。 自然界中，植物、藻类和某些细菌能在太的照射下，利用光合色素将二氧化碳（或硫化氧）和水转化为有机物，并释放出氧气（或氢气）。这种光合作用是一系列复杂代反应的总和，是生物界赖以生存的基础，也是地球碳氧循环的重要媒介。光化学反应的过程与植物的光合作用很相似。光化学反应一般可以分为直接光解和间接光解两类。直接光解为物质吸收能量达到激发态，吸收的能量使反应物的电子在轨道间的转移，当强度够大时，可造成化学键的断裂，产生其它物质。直接光解是光化学反应中最简单的形式，但这类反应产率一般较低。间接光解则为反应系统中某一物质吸收光能后，再诱使另一种物质发生化学反应。 半导体在光的照射下，能将光能转化为化学能，促使化合物的合成或使化合物(有机物、无机物)分解的过程称之为半导体光催化。半导体光催化是光化学反应的一个前沿研究领域，它能使许多通常情况下难以实现或不可能进行的反应在比较温和的条件下顺利进行。与传统技术相比，光催化技术具有两个最显著的特征：第一，光催化是低温深度反应技术。光催化氧化可在室温下将水、空气和土壤中有机污染物等完全氧化二氧化碳和水等产物。第二，光催化可利用紫外光或太作为光源来活化光催化剂，驱动氧化－还原反应，达到净化目的，对净化受无机重金属离子污染的废水及回收贵金属亦有显著效果。 二.TiO2的性质及光催化原理 许多半导体材料(如TiO2，ZnO，Fe2O3，ZnS，CdS等)具有合适的能带结构可以作为光催化剂。但是，由于某些化合物本身具有一定的毒性，而且有的半导体在光照下不稳定，存在不同程度的光腐蚀现象。在众多半导体光催化材料中，TiO2以其化学性质稳定、氧化-还原性强、抗腐蚀、无毒及成本低而成为目前最为广泛使用的半导体光催化剂。 TiO2属于一种n型半导体材料，它有三种晶型——锐钛矿相、金红石相和板钛矿相，板
第六章电化学原理及其应用 一、选择题 1．下列电极反应中，溶液中的pH值升高，其氧化态的氧化性减小的是(C) A. Br2+2e = 2Br－ B. Cl2+2e=2Cl— C. MnO4—+5e+8H+=2Mn2++4H2O D. Zn2++2e=Zn 2．已知H2O2在酸性介质中的电势图为O2 0.67V H2O2 1.77V H2O，在碱性介质中的电势图为O2-0.08V H2O2 0.87V H2O，说明H2O2的歧化反应（C） A.只在酸性介质中发生 B.只在碱性介质中发生 C.无论在酸、碱性介质中都发生Ｄ.与反应方程式的书写有关 3．与下列原电池电动势无关的因素是Zn |Zn2+‖H+，H2 | Pt （B） A. Zn2+的浓度 B. Zn电极板的面积 C.H+的浓度 D.温度 4．298K时，已知Eθ（Fe3+/Fe）=0.771V，Eθ（Sn4+/Sn2+）=0.150V，则反应2Fe2++Sn4+=2Fe3++Sn2+的△r G mθ为（D）kJ/mol。 A. －268.7 B. －177.8 C. －119.9 D. 119.9 5．判断在酸性溶液中下列等浓度的离子哪些能共存（D） A Sn2+和Hg2+ B. SO32—和MnO4— C. Sn4+和Fe D. Fe2+和Sn4+ 已知Eθ(Hg2+/Hg)=0.851V，Eθ(Sn4+/Sn2+)=0.15V ，Eθ(MnO4—/Mn2+)=1.49V Eθ(SO42—/H2SO3)=1.29V ，Eθ(Fe2+/Fe)= —0.44V 6．已知下列反应在标准状态下逆向自发进行 Sn4++Cu = Sn2++Cu2+ Eθ(Cu2+/Cu)=(1) , Eθ(Sn4+/Sn2+)=(2) 则有（C） A. (1) = (2) B. (1)＜(2) C. (1)＞(2) D. 都不对 二、填空题 1．将下列方程式配平 3PbO2 + 2 Cr3+ + ____H2O___ ＝1Cr2O72—+ 3Pb2+ + __2H+___ (酸性介质) 2MnO2 + 3 H2O2 +__2OH-___ ＝2MnO4—+ ___4H2O______ （碱性介质）2．现有三种氧化剂Cr2O72—，H2O2，Fe3+，若要使Cl—、Br—、I—混合溶液中的I—氧化为I2，而Br-和Cl-都不发生变化，选用Fe3+最合适。(EθCl2/Cl-=1.36V, EθBr2/Br-=1.065V, EθI2/I-=0.535V) 3．把氧化还原反应Fe2++Ag+=Fe3++Ag设计为原电池，则正极反应为Ag++ e = Ag，负极反应为Fe3++e= Fe2+ ，原电池符号为Pt︱Fe3+(c1),Fe2+(c2)‖Ag+(c3)︱Ag。 4．在Ｍn++n e＝M(s)电极反应中，当加入Ｍn+的沉淀剂时，可使其电极电势值降低，如增加Ｍ的量，则电极电势不变 5．已知EθAg+/Ag=0.800V, K sp=1.6×10—10则Eθ（AgCl/Ag）= 0.222V。 6．已知电极反应Cu2++2e=Cu的Eo为0.347Ｖ,则电极反应2Cu - 4e =2Cu2+的Eθ值为0.347V 。7．用氧化数法配平下列氧化还原反应。 （1）K2Cr2O7＋H2S＋H2SO4K2SO4＋Cr2(SO4)3＋S＋H2O K2Cr2O7＋3H2S＋4H2SO4 =K2SO4＋Cr2(SO4)3＋3S＋7H2O
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广州和风环境技术有限公司 https://www.doczj.com/doc/3610375896.html,/ 1、光催化反应原理 羟基自由基和超氧负离子是除氟之外，最强的氧化剂，但是氟对人体和环境有着巨大的危害，在很多场合不再使用。 2、常温催化材料 光催化材料是一种常温催化材料，可在室温及稍高温度下进行反应（通常低于65℃）。提高光催化材料性能的途径有三个：一个是降低纳米催化材料粒子的粒径，目的在于提高光催化材料的比表面积；二是通过金属掺杂、过渡金属掺杂和非金属离子掺杂改变半导体催化剂的性质来提高光催化性能；三是通过表面修饰和敏化，改变半导体催化剂的表面的形貌和结构，而引起表面性能的优化。 3、光催化材料应用中的影响因素 湿度的影响：光催化反应中，羟基自由基来源于水，所以必须保持有一定的湿度才能持续产生羟基自由基；在闭环的光催化反应中，已经证实随着水的不断消耗，光催化性能在不断的下降。 氧分量的影响：光催化反应中，超氧负离子来源于氧，所以在21%含量的
微波合成应用知识 微波在合成化学上的应用代表着这个领域的一个重要突破。它大幅度的改变了化学合成反应的执行和在科学界中人们对它的看法。以下就微波反应的原理，和微波合成在具体实验中的注意事项进行阐述。 1．微波反应原理： 在微波合成中，微波与反应混合物中的分子或离子直接偶合，通过偶极旋转或离子传导这两种方式将能量从微波传导到被加热物质，使得反应体系中能量快速增加。一方面可以使能量更有效的作用于各种反应，使得反应速度更快，反应产率更高，反应更清洁。另一方面微波直接将能量传递给反应物（转化为分子能），所以微波能够驱动某些在传统加热方式下不能发生的反应，为化学转换带来了全新的可能性。 2．什么是单模，多模微波 单模微波：简单的说是只用一种数学模型就可以表示的微波。多模微波：简单的说是需要用多种数学模型才能够表示的微波。单模微波作为一种单一作用到反应物上的能量，可以使我们的反应更加精确，反应容易控制，有很好的反应重现性。多模微波虽然不如单模微波可以精确的定量控制，但他具有较大微波反应腔体的特性也是非常重要的。 3．什么是环型聚焦微波 CEM在DISCOVER系列的微波合成仪器中，采用了基于AFC（AUTO FOCUS COUPLING）环形聚焦自动耦合单模微波技术，一方面确保了单模微波反应得重现性特点，另一方面聚焦微波的设计使微波场能量密度达到900w/l比驻波微波场能力密度大3-4倍，比通常多模微波能量密度大了30多倍。大能量的微波场能量提高了很多反应可能性。 在这里值得注意的是，我们在查以前参考文献的时候，一定要看清楚文献中使用的微波合成仪的类型。然后使用适合的微波功率进行合成。如果文献中没有提到仪器，那么我们在实验的时候就必须从较小的功率还是摸索。（比如以20W的功率开始摸索） 4．微波对于不同物质的作用 不同物质具有不同的微波特性，通常来说：金属反射微波；石英、特氟隆等是吸收微波的能力非常弱，这些物质能被微波穿透；在通常的反应物中，除非极性溶剂吸收微波的能力很弱以外，其余的溶剂、底物、催化剂等都具有不同吸收微波的能力。
姓学号：0903032038 合肥学院 化学与材料工程系 固 体 物 理 姓名：杜鑫鑫 班级：09无机非二班 学号：0903032038 课题名称：光催化原理及应用 指导教师：韩成良
光催化原理及应用 引言：目前，全球性环境污染问题受到广泛重视。光催化反应可对污水中的农 药、染料等污染物进行降解，还能够处理多种有害气体；光催化还可应用于贵金属回收、化学合成、卫生保健等方面。光催化反应在化工、能源及环境等领域都有广阔的应用前景。本文论述了主要光催化剂类型及光催化技术的应用研究成果。 关键词：光催化、应用、发展、环境、处理 光催化机理： 半导体材料在紫外及可见光照射下，将光能转化为化学能，并促进有机物的合成与分解，这一过程称为光催化。当光能等于或超过半导体材料的带隙能量时，电子从价带(VB)激发到导带(CB)形成光生载流子(电子-空穴对)。 在缺乏合适的电子或空穴捕获剂时，吸收的光能因为载流子复合而以热的形式耗散。价带空穴是强氧化剂，而导带电子是强还原剂。大多数有机光降解是直接或间接利用了空穴的强氧化能力。 例如TiO 2 是一种半导体氧化物，化学稳定性好(耐酸碱和光化学腐蚀)， 无毒，廉价，原料来源丰富。 TiO 2 在紫外光激发会产生电子－空穴对，锐钛 型TiO 2 激发需要3.2 eV的能量，对应于380 nm左右的波长。光催化活性高(吸收紫外光性能强；能隙大，光生电子的还原性和和空穴的氧化性强)。因此其广泛应用于水纯化，废水处理，有毒污水控制，空气净化，杀菌消毒等领域。 主要的光催化剂类型： 1．1 金属氧化物或硫化物光催化剂 常见的金属氧化物或硫化物光催化剂有TiO，、ZnO、WO 3、Fe 2 O 3 、ZnS、CdS 和PbS等。其中，CdS的禁带宽度较小，与太阳光谱中的近紫外光段有较好的匹配性，可以很好地利用自然光源，但容易发生光腐蚀，使用寿命有限。TiO，具
微波炉的加热原理和使用常识 微波炉作为生活中常用的厨房电器之一，微波炉常常遭到人们误解。有人说微波辐射会危害人体健康、损伤大脑；有人说微波加热的食物会产生致癌物；还有人说微波炉加热会导致食物中的营养物质流失；这些说法都是没有科学依据的。 1、微波炉的确会产生辐射但对人体无害。 想知道微波炉是否会产生辐射，要从它的工作原理说起。微波炉是通过高压产生的辐射电子形成有序的空间电子流，用磁场穿过电子流产生控制作用，在磁场的控制和给定的几何空间下产生电子流的交变，再通过波导管使交变电子流进入食品加工区域，交变电子流会激发极化食物中的水分子产生高速交变运动从而发热，水再将产生的热传递给食物，将食物烧熟。由此可见，微波炉确实存在辐射。不过，微波炉中的电磁场只对食物中的水起作用，它在封闭环境下对外界的影响很小，正规厂家生产的微波炉都带有3C标志的，所以微波炉都是安全的，不会对人体健康产生有害影响。 2、微波炉加热不会使营养流失。 相比其他加热方式，微波炉的加热效率是最高的，其热效率高达80%以上，加热速度很快，其他加热方式的热效率仅为30%-50%左右，因此微波对食物营养素的破坏反而小。也就是说，相比其他加热方式，用微波炉加热反而好。 3、微波加热的食物更不会产生癌物质。 微波加热的主要介质是水，加热的原理是对食物中的水产生分子振荡，从而产生热量。因此，它不产生新的东西。当然，如果你不能正确使用它，加热时把食物烧糊、烧焦，是有可能产生有害物质的。不过，这是使用不当造成的与加热方式无关。 4、正确使用微波炉的方法：
一、按照使用说明规范操作。 二、微波炉运行时可与其保持半米以上的距离。 三、微波炉自动停止运行后再开门拿食物。 四、尽管强行开门时微波炉会自动关闭微波发射，但也尽量不要这样做。 五、不要过度或反复加热食物，避免因水分过度蒸发造成食物烧焦变质。 六、保持炉内清洁，保证微波炉有良好的工作环境。 七、在不使用时及时关闭电源。
论文题目：微波加热技术综述 姓名：许琦 学号：20087315 专业：食品科学与工程 班级：0 8 级 指导老师：吴伟老师 日期：2011年6月9日
微波加热技术综述 20087315 08食品科学与工程1班许琦 摘要：本文介绍了微波加热的基本原理、特点，以及在食品加工中的应用。并指出了微波加热技术中亟待解决的问题。 关键词：微波加热；原理；特点；应用 Abstract : The paper introduced basic principles, characteristics and application in food processing of microwave heating.The issues of microwave heating technology that need to be resolved are pointed out. Key words : microwave heating;principles;characteristics; applications 微波技术首先应用于通信、广播、电视技术中。在这些领域里，微波作为一种信息或信息的载体被利用。在微波通信工程的数十年应用中，发现始终伴随有一种会引起微波能损耗、需要设法防止和消除的有害因素——热效应。直到六十年代末，微波能终于被作为一种能源来加以利用，进行加热、干燥、杀虫、灭菌、医疗等。工业项目上首创是在食品工业方面，而家用微波炉的出现更进一步扩大了微波加热技术的应用领域。现在，微波加热作为一项新技术已受到各学科领域的高度重视和应用开发[1]。 微波加热的的基本原理 微波是指波长为0.001~1m频率在300 MHz~300GHz之间的电磁波。当处于微波场中的物质含有微波吸收介质时[1]，物质能吸收微波能将其转换成热能，使自身整体同时升温，达到自身加热的目的。这种加热方式称为微波加热。 微波加热是一种全新的热能技术，与传统加热不同，微波加热不需要外部热源，而是向被加热材料内部辐射微波电磁场，推动其偶极子（一端带正电，另一端带负电的分子[2]）运动，使之相互碰撞、摩擦而生热[1]。传统加热方式是根据热传导、对流和辐射原理使热量从外部传至物料内部，热量总是由表及里传递进行加热物料，物料中不可避免地存在温度梯度，故加热的物料不均匀，致使物料
微波合成仪 Parr反应釜主要用于物料的水热反应、水热转化及各种材料的水热合成与制备。本设备釜体为纯钛材质，最高承受温度300℃，最高承受压力12.5MPa，不适用于强酸强碱等强腐蚀性体系的水热反应。 一、操作流程 （1）实验前，检查并确保热电偶、压力传感器、冷却水电磁阀等部分连接正确，釜头各阀门处于关闭状态，釜头密封垫圈完好。 （2）加入反应物料，物料体积不得超过反应釜容积的2/3(即1.2L)，在高温高压状态下应尽量减少反应物料体积以确保安全。 （3）装上釜体，使釜体与釜盖吻合，拧紧固定螺丝。紧固螺丝时，应均匀、对称、逐步的拧紧密封螺栓，使其达到一致的应力状态，过松和过紧都是不允许的。同时应定期向螺栓螺纹处涂少量高温防咬油以保证螺栓的正常使用，延长其工作寿命。 （4）实验开始时，先打开磁力搅拌器及压力传感器冷却水（如有冷却水电磁阀也应同时打开其水源），并注意观察保证冷却水接口及冷却水套无泄漏。 （5）依次打开电源控制总开关、搅拌马达电源开关，缓慢调节转速旋钮至适当搅拌速度。然后设定好反应温度，按加热键并选择Ⅰ、Ⅱ档进行加热（Ⅰ为半功率，Ⅱ为全功率）。 （6）实验过程中如需采样，应缓慢旋开液体采样阀进行采样以免发生危险，实验结束后应通过进气阀进气来吹扫采样探底管以保证探底管清洁（通常不建议实验过程中采样）。 （7）实验结束后，关闭加热键，根据实验需要磁力搅拌器可继续搅拌以促进冷却。如果通冷却水来加快釜体冷却，则需注意冷却水出水铜管温度很高，身体及仪器其他管线要远离铜管以免烫伤或发生其他危险。 （8）等待反应釜温度降至常温后，关闭磁力搅拌器、冷却水、显示屏、控制器总电源。然后取下釜体，取出物料，并清洗反应釜。 二、注意事项 （1）本仪器为高温高压贵重仪器，只允许专业人员进行操作，实验过程中严禁非专业人员靠近、触摸反应釜，以免烫伤或发生其他危险。 （2）禁止在带电、带压情况下对反应釜进行维护、拆卸等工作。 （3）原则上仪器开启过程中，操作人员不得离开，注意观察反应釜温度、压力的变化，超过反应釜最高承受温度和压力时应立即关闭仪器电源，打开冷却水。 模板
专业方向论文题目：微波加热技术 系部电子信息工程专业电子信息工程学号1108421115 姓名 2014年 6 月17日
微波加热技术 摘要 微波是指频率从300MHz至3000GHz范围内的电磁波，其相应的波长从1m至0.1mm。超高频电磁形状和含水量的不同就会产生反射和吸收，它成功地应用于电视广播、微波通讯、雷透现象.导体铝、铜、银等能反射微波;绝缘达及卫星通讯方面.微波与微波等离子体除了体可穿透并部分反射微波;含有水和脂肪的食作为信号传输手段在通讯领域有着广泛的应用物则能较好地吸收微波能并将其转化为热能。因此它在加热方面有极大的应用前景。尤其在食品工业中的应用以及如何更好地应用于我国的食品工业。 关键词：微波加热原理应用
目录 一微波加热技术简介 (1) 1.1微波加热技术发展概况 (1) 1.2微波加热技术的研究前景 (1) 二微波加热技术 (2) 2.1什么是微波加热技术 (2) 2.2微波加热技术的优点 (2) 三微波加热技术的应用 (3) 3.1食品微波加热 (3) 3.2食品微波干燥 (3) 3.3食品微波杀菌和保鲜 (4) 3.3.1原理 (4) 3.3.2应用 (4) 3.4食品膨化 (4) 四总结与展望 (5) 4.1总结与展望 (5) 参考文献 (6)
一微波加热技术简介 1.1微波加热技术发展概况 微波技术首先应用于通信、广播、电视技术中。在这些领域里，微波作为一种信息或信息的载体被利用。在微波通信工程的数十年应用中，发现始终伴随有一种会引起微波能损耗、需要设法防止和消除的有害因素——热效应。早在1945年，美国就有人提出利用微波的这种热效应来对材料进行加热的想法。随后有不少人对此课题——微波加热——进行了不段探索、试验和研究。直到六十年代末。 微波能终于被作为一种能源来加以利用，进行加热、干燥、杀虫、灭菌、医疗等工业项目上。首创是在食品工业方面，而家用微波炉的出现更进一步扩大了微波加热技术的应用领域。现在，微波加热作为一项新技术已受到各学科领域的高度重视和应用开发。 我国在70年代开始微波能应用研究工作，于1973年开始微波加热应用技术的研究和微波加热用磁控管的研制。1974年和1980年电子工业部召开了“全国微波能推广应用技术交流会”，交流微波学术及应用技术问题。81年3月经四机部批准，抽调部属单位的科技力量，成立了——中国电子器件工业总公司微波能推广应用站，负责全国微波能推广应用的组织、设计研究工作。1983年10月中国电子学会召开了首届“全国微波能应用学术交流会”。嗣后每二年在全国选择推广应用好的地区轮流举办微波应用技术交流，以推动国内微波事业的发展。每届均有论文集出版，涉及工业、农业、医药、科研等方面的应用领域。 目前,我国已在皮革、木材、彩色印刷、食品、纸张、化工、陶瓷、药品、烟叶、建材、橡胶以及医疗等行业逐渐采用微波技术，并取得了良好的经济效益。微波能技术作为一种新的加工手段，对各行业的技术改造和设备更新已形成极大地冲击。特别是现阶段，摆在各经营者面前的是解决产品结构与社会需求的问题，适应社会发展对产品品质、品种要求的提高。其焦点之一就是技术创新不足、品质升级滞后。微波技术的出现为提高产品档次、跟上技术进步、创高附加值产品提供了良好条件。 1.2微波加热技术的研究前景 微波加热技术在很多方面都有应用优势，在不久的将来可以成为极为常规应用的有效条件。加热过程几乎涉及到国民经济的各个部门,广泛应用于国民生产和人民的日常生活中. 微波加热作为是一项新技术,它具有众多其他加热方法无法比拟的优点,无疑将会在各部门得到大力推广和应用. 但我们也应认识到微波加热一项新技术、新方法,我们对它的研究还很不深入,它在应用的过程中也表现出了一些缺点和不足. 如以微波干燥为例,其所用能源为高价位的电能,与传统能源相比,有时其干燥成本仍然较高;单独用微波干燥物料,若控制不当,容易使物料内产生过快的温和很高的温度,从而导致物料内部产生“炸裂”,甚至出现烧焦现象. 在进入20 世纪90 年代以后,由于电子技术的飞速发展,微波加热技术也日趋成熟,微波加热设备日渐精良;电力供 - 1 -
2013年第32卷第8期CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS ·1955· 化工进展 微波诱导催化氧化水钠锰矿降解亚甲基蓝 幸雪冰1，王小雨1，朱忠军2，吕国诚1 （1中国地质大学（北京）材料科学与工程学院，北京 100083；2中国环境科学学会，北京 100082）摘要：系统研究了水钠锰矿在微波的作用下催化降解亚甲基蓝（MB）的效果和影响因素，并结合X射线衍射技术（XRD）、傅里叶变换红外光谱分析（FTIR）、紫外-可见分光光谱（Uv-vis）等技术，深入探讨了该反应体系的作用机理。结果表明：水钠锰矿（δ-MnO2型锰矿物）是一种优良的微波催化剂，在功率400 W和酸性的条件下，微波辅助0.1 g水钠锰矿催化降解50 mL浓度为500 mg/L的亚甲基蓝30 min再静置5 h后，去除率可达到99.7%；体系的作用机理是，微波诱导氧化水钠锰矿，可产生活性氧化物MnO4?，进而将体系中的亚甲基蓝氧化分解。 关键词：微波；催化剂；锰氧化物；亚甲基蓝 中图分类号：TQ 9 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2013）08–1955–05 DOI：10.3969/j.issn.1000-6613.2013.08.041 Degradation of methylene blue in water by microwave induced oxidation of Birnessite XING Xuebing1，WANG Xiaoyu1，ZHU Zhongjun2，Lü Guocheng1 （1 School of Material Sciences and Technology，China University of Geosciences，Beijing 100083，China；2 Chinese Society for Environmental Science，Beijing 100082，China） Abstract：The influence of reaction time，system pH and dosage of catalyst on degradation of methylene blue in water by microwave induced oxidation of Birrnessite was studied. Reaction mechanism was determined based on powder X-ray diffraction (XRD)，infrared spectroscopy (IR) and UV-visible spectroscopy (Uv-vis). The optimum reaction conditions were：400 W microwave irradiatione of 50 mL 500 mg/L methylene blue solution with 0.1 g Birnessite for 30 min and static adsorption for 5h，achieving degradation efficiency of 99.7%. Birnessite was oxidized to form reactive MnO4? by microwave irradiation，which degraded MB into small molecules. Key words：microwave；catalyst；manganese oxides；methylene blue (MB) 微波是指波长在0.001～1 m，即频率大约在300 MHz～300 GHz范围内的电磁波。微波技术起源于20世纪30年代，最初应用于通讯领域。微波技术在除通讯领域以外的使用可追溯到20世纪50年代，而之前它在环境领域的应用则很少有人进行探讨。直到最近十几年间，人们才开始注意到微波技术应用在环境保护领域的潜力[1]。 研究表明，利用微波可以降解污水中的有机物[2]。即将有机污染物置于微波场中，进行剧烈的极性分子震荡，使得污染物化学键断裂，达到污染物降解的目的[3]。同时，微波诱导氧化技术已成为降解高浓度有机污染物的重要手段[4]。微波催化剂是制约有机污染物去除率的关键因素。研究发现，最适宜作催化剂的是例如Fe2O3、MnO2、Co3O4这一类的吸波能力较强的物质[5]。 收稿日期：2013-05-27；修改稿日期：2013-06-25。 基金项目：中央高校基本科研业务费（2011yx056）及国家水专项（2009ZX07424-002）项目。 第一作者：幸雪冰（1992—），女，研究方向为环境材料。联系人：吕国诚，博士，副教授，从事矿物材料及环境材料的研究。E-mail guochenglv@https://www.doczj.com/doc/3610375896.html,。
Hans Journal of Chemical Engineering and Technology 化学工程与技术, 2014, 4, 45-62 Published Online July 2014 in Hans. https://www.doczj.com/doc/3610375896.html,/journal/hjcet https://www.doczj.com/doc/3610375896.html,/10.12677/hjcet.2014.44007 Advances in Microwave on Chemical Reactions Yushang Luo, Jicheng Zhou*, Zhimin You, Wentao Xu, Lingfei Gao Key Laboratory of Green Catalysis and Chemical Reaction Engineering of Hunan Province, School of Chemical Engineering, Xiangtan University, Xiangtan Email: *zhoujicheng@https://www.doczj.com/doc/3610375896.html, Received: Jun. 3rd, 2014; revised: Jun. 10th, 2014; accepted: Jun. 18th, 2014 Copyright ? 2014 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). https://www.doczj.com/doc/3610375896.html,/licenses/by/4.0/ Abstract Microwave is a part of the electromagnetic spectrum occurring in the frequency between infrared and radio waves. More and more attention to microwave has been paid, due to its “magic” effects in chemical reactions. The special electromagnetic field effect and the special heating way of mi-crowave make chemical reactions system be heated quickly and uniformly and bring necessary changes in molecular energy levels. Microwave makes chemical reactions become more and more high-speed, low-energy-costing, high-efficiency, green and environment-protective. In this review, the applications of microwave in chemical reactions are summarized, including the applications in organic synthesis, preparations of inorganic materials and catalytic materials and applications in environmental pollution control. In addition, subsistent problems in microwave chemistry are al-so systematically discussed and the possible developing orientations in the field of microwave ef-fects on the chemical reactions are also prospected. Progress of microwave applications for syn-thesizing of nano-materials and catalytic materials, removal of NO x and SO2 and treatment of wastewater are reviewed. Microwave provides a new direction and new powers for chemical reac-tion, which possesses wide applications in accelerating or changing chemical reaction. In the fu-ture, researches will be focused on the mechanisms of microwave chemistry, establishing the basis of microwave chemistry and improving the systematical theories of microwave chemistry. De-signing and creating of microwave chemical reactor device for industrial applications are also ex-pected. Keywords Microwave, Microwave Effects, Electromagnetic, Chemical Reactions *通讯作者。
第4章电化学原理及应用 5课时 教学目标及基本要求 1. 明确原电池及相关的概念。了解电极的分类，了解电极电势的概念。 2. 能用能斯特方程式进行有关计算。能应用电极电势的数据判断氧化剂、还原剂的相对强弱及氧化还原反应自发进行的方向和程度。 3. 了解摩尔吉布斯自由能变与原电池电动势，标准摩尔吉布斯自由能变与氧化还原反应平衡常数的关系。 4. 了解电解、电镀、电抛光的基本原理，了解它们在工程上的应用。了解金属腐蚀及防护原理。 教学重点 1. 原电池符号的书写 2. 影响电极电势的因素 3. 电极电势与吉布斯的关系 4. 电极电势的应用 教学难点 1. 电极类型 2. 能斯特方程及相关计算 3. 应用电极电势判断氧化剂、还原剂的相对强弱 本章教学方式（手段）及教学过程中应注意的问题 本章采用多媒体结合板书的方式进行教学。 在教学过程中注意 1. 原电池的设计 2. 浓度、酸度对电极电势的影响 3. 电极电势的应用 主要教学内容 4.1 原电池（Electrochemical cell） 任何自发进行的氧化还原(oxidation-reduction) 反应，只要设计适当，都可以设计成原电池
用以产生电流。 4.1.1 原电池的结构与工作原理 Zn(s)+Cu2+(aq)=Zn2+(aq)+Cu(s) 负极Zn(s) → Zn2+(aq)+2e-(Oxidation) 正极Cu2+(aq)+2e-→ Cu(s) (Reduction) 总反应：Zn(s)+ Cu2+(aq) → Zn2+(aq)+ Cu(s) 原电池的符号（图式）(cell diagram) 表示: 如铜- 锌原电池, : Zn ∣ZnSO4(c1) ┊┊CuSO4(c2) ∣Cu 规定：(1) 负极(anode) 在左边，正极(Cathode) 在右边，按实际顺序从左至右依次排列出各个相的组成及相态; (2) 用单实竖线表示相界面, 用双虚竖线表示盐桥; (3) 溶液注明浓度，气体注明分压; (4) 若溶液中含有两种离子参加电极反应, 可用逗号隔开，并加上惰性电极. 4.1.2 电极类型 按氧化态、还原态物质的状态分类： 第一类电极：元素与含有这种元素离子的溶液一起构成的电极。 (1) 金属──金属离子电极： Zn2+| Zn ；Cu2+| Cu ；Ni2+| Ni (2) 气体——离子电极： H+ |H2(g) | Pt 2H+ + 2e-＝H2(g) Cl-| Cl2(g) | PtCl2(g) + 2e-＝2Cl- 第二类电极： (1) 金属──金属难溶盐电极： 甘汞电极：Cl-|Hg2Cl2(s)| Hg Hg2Cl2(s) + 2e-＝2 Hg (s) + 2 Cl- 银－氯化银电极：Cl-| AgCl(s) | Ag AgCl(s) + e-＝Ag (s) + Cl- (2) 金属──难溶金属氧化物电极： 锑—氧化锑电极：H+ ,H2O(g) | Sb2O2(s) |Sb Sb2O2(s) + 6 H+ + 6 e-＝2Sb +3H2O(g) 第三类电极: 氧化还原电极： MnO4-，Mn2+| Pt 2 MnO4-+ 16H+ + 10e-→ 2Mn2++8H2O 4.2 电极电势
二，光催化材料的基本原理 半导体在光激发下，电子从价带跃迁到导带位置，以此，在导带形成光生电子，在价带形成光生空穴。利用光生电子-空穴对的还原氧化性能，可以降解周围环境中的有机污染物以及光解水制备H2和O2。 高效光催化剂必须满足如下几个条件：（1）半导体适当的导带和价带位置，在净化污染物应用中价带电位必须有足够的氧化性能，在光解水应用中，电位必须满足产H2和产O2的要求。（2）高效的电子-空穴分离能力，降低它们的复合几率。（3）可见光响应特性：低于420nm左右的紫外光能量大概只占太阳光能的4%，如何利用可见光乃至红外光能量，是决定光催化材料能否在得以大规模实际应用的先决条件。常规anatase-type TiO2 只能在紫外光响应，虽然通过搀杂改性，其吸收边得以红移，但效果还不够理想。因此，开发可见光响应的高效光催化材料是该领域的研究热点。只是，现在的研究状况还不尽人意。 三，光催化材料体系的研究概况 从目前的资料来看，光催化材料体系主要可以分为氧化物，硫化物，氮化物以及磷化物 氧化物：最典型的主要是TiO2及其改性材料。目前，绝大部分氧化物主要集中在元素周期表中的d区，研究的比较多的是含Ti，Nb，
Ta的氧化物或复合氧化物。其他的含W，Cr，Fe，Co，Ni，Zr等金属氧化物也见报道。个人感觉，d区过渡族金属元素氧化物经过炒菜式的狂轰乱炸后，开发所谓的新体系光催化已经没有多大潜力。目前，以日本学者J. Sato为代表的研究人员，已经把目光锁定在p区元素氧化物上，如含有Ga，Ge，Sb，In，Sn，Bi元素的氧化物。 硫化物：硫化物虽然有较小的禁带宽度，但容易发生光腐蚀现象，较氧化物而言，稳定性较差。主要有ＺnＳ，ＣdＳ等 氮化物：也有较低的带系宽度，研究得不多。有Ｔa／Ｎ，Ｎb／Ｎ等体系 磷化物：研究很少，如ＧaＰ 按照晶体/颗粒形貌分类： （1）层状结构 **半导体微粒柱撑于石墨及天然/人工合成的层状硅酸盐 **层状单元金属氧化物半导体如：V2O5，MoO3，WO3等 **钛酸，铌酸，钛铌酸及其合成的碱（土）金属离子可交换层状结构和半导体微粒柱撑于层间的结构 **含Bi层状结构材料，(Bi2O2)2+(An-1BnO3n+1)2- (A=Ba，Bi，Pb；B=Ti，Nb，W)，钙钛矿层(An-1BnO3n+1)2-夹在(Bi2O2)2+层之间。典型的有：Bi2WO6，Bi2W2O9，Bi3TiNbO9