1. 研究目的与意义（文献综述）
工业废水和生活废水中所含的烃类、酸、表面活性剂、染料、含氮有机物、有机磷杀虫剂[1]及抗生素等含量均已严重超标，找到一种新型高效低成本的水处理技术迫在眉睫。tio2作为高稳定性、低成本、无毒、无二次污染的光催化剂[2]，在废水处理方面有着广泛的应用，但因宽其禁带宽度（3.23ev）[3]，吸收光谱窄，导致tio2只对紫外光区有响应[4];且光生电子-空穴复合率高，所以光催化活性尚未达到应用要求。
研究人员采用多种方法对tio2进行修饰改性，如贵金属沉积、离子掺杂、复合半导体、提高比表面积、表面酸化处理等[5]，其中金属离子掺杂是一种比较有效的方法。sivanagi[6]等对过渡金属掺杂tio2进行了系统的分析研究，发现在降解气相乙腈时，cr表现出很强的光催化活性；彭建根[7]等采用溶胶凝胶法fe3 掺杂tio2，最佳掺杂量为0.1%时甲基橙的光降解率达82%；孙凌涛[4]等基于第一性原理的平面波赝势方法，计算了n，cr共掺锐钛矿相tio2的电子结构和光学性质，得出tio2光吸收带红移，光催化性能提高；kernazhitskyl.[8]等分别对锐钛矿相（r）tio2和金红石相（a）tio2作过渡金属掺杂，发现掺杂对r和a的作用差别很大。掺杂后随着带隙变窄，a吸收限红移；全玉莲[9]等采用溶胶凝胶法制备mn2 掺杂tio2，得出最佳参数（mn/ti=0.5wt.%、初始ph=4、热处理温度460℃、光照9h）时，cod去除率可达80.3%；此外，针对无掺杂tio2的锐钛矿相和金红石相，lut.[10]等通过制备混晶纳米tio2乳液，得出最佳参数（ticl4/ticl3=4，ph=0.5、常压、95℃下6h），制备出的混晶中锐钛矿相含36.1wt.%。
本次实验我们选择锰作为掺杂过渡金属，有研究表明通过掺杂改性可以使mn2 进入tio2的晶格内，引入新能级，降低电子跃迁的能垒，并且使金红石型tio2晶体表面产生更多氧空位，有利于提高tio2的光催化性能[11]。通过三种掺杂方式，改变四个变量（掺杂mn2 浓度、反应时间、反应温度及初始ph），得出mn掺杂tio2的最佳参数。
2. 研究的基本内容与方案
基本内容：本实验以活性炭纤维布[13]为基底，采用分子自组装技术在低温液相体系中制备mn2 掺杂tio2膜和tio2-mno复合膜两种纳米薄膜，通过x射线衍射仪、透射电镜、傅里叶变换红外吸收光谱仪和分光光度计对其物理化学性质进行表征。并与同条件下无掺杂的tio2薄膜降解罗丹明b染料进行实验对比，考察掺杂与复合mn2 对提高tio2在自然光照下的光催化性能的效果和机理，以及掺杂mn2 浓度、反应时间、反应温度及初始ph对光催化降解过程的影响[14]。
目标：采用自组装技术制备出mn2 掺杂tio2纳米薄膜，根据表征结果得出最佳参数及最佳掺杂方式。并分析掺杂mn2 浓度、反应时间、反应温度及初始ph对掺杂tio2纳米薄膜光催化活性的影响。
技术方案及措施：分别对三组实验（1.无掺杂tio2，确定最佳参数；2.mn2 掺杂tio2单层膜；3.先tio2后mn2 两层膜）采用正交设计[15]，每组实验均含四个变量三个组别，正交后每组需做九次实验，具体参数数值待开始实验后确定。
3. 研究计划与安排
3.28-3.31实验所需药品、仪器的准备；
4.1-4.3正交实验第一组（mn2 掺杂tio2单层膜制备及吸光度记录）；
4.5-4.6对比实验第一组（将已制备的膜与同条件下无掺杂tio2单层膜作对比）；
4. 参考文献（12篇以上）
参考文献：
[1]钟学春.过渡金属掺杂tio2的制备及其光催化性质的研究[d].广州：广东工业大学，2011.
[2]王家恒，宫长伟，付现凯，等.tio2光催化剂的掺杂改性及应用研究进展[j].化工新型材料，2016（1）：15-16.
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