纳米TiO2光催化降解环境有机污染物的设计性实验

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纳米TiO2光催化降解水体中有机污染物

纳米TiO2光催化降解水体中有机污染物纳米TiO2光催化技术为一种有效的水体净化方法，可用于降解水体中的有机污染物。

本文将详细介绍纳米TiO2光催化降解有机污染物的原理、应用和未来发展趋势。

1. 简介水体污染是当前环境问题的重要方面之一，有机污染物的存在严重威胁水生态系统的健康和人类的生存。

因此，研究和开发高效的水体净化技术变得尤为重要。

纳米TiO2光催化技术凭借其高效、无毒、无副产物、易操作等优势，被广泛应用于水体净化领域。

2. 纳米TiO2光催化的原理纳米TiO2光催化技术是通过TiO2纳米颗粒的吸光吸收能量，形成带隙激发，产生电子和空穴对，进而参与化学反应。

在光照的作用下，纳米TiO2表面形成活性氧种，如羟基自由基和超氧阴离子自由基等，这些活性氧种具有较强的氧化能力，可将有机污染物分解为无害的物质。

3. 纳米TiO2光催化应用案例纳米TiO2光催化技术在水体净化领域有着广泛的应用。

以染料为例，纳米TiO2光催化技术可将有机染料降解为无色的无害物质。

此外，纳米TiO2光催化技术还可用于降解苯酚、有机酸类、农药等有机污染物。

这些应用案例充分展示了纳米TiO2光催化技术在水体净化中的潜力和优势。

4. 纳米TiO2光催化的改进方向虽然纳米TiO2光催化技术具有广泛的应用前景，但仍然存在一些问题需要解决。

首先，纳米TiO2材料的光催化效率仍有提升空间，需要进一步改进催化剂的结构和合成方法。

其次，纳米TiO2光催化技术受光照强度、温度等外部条件的影响较大，需要优化反应条件以提高降解效率。

此外，考虑到纳米TiO2颗粒对环境的潜在风险，还需要研究纳米TiO2的生物降解性以及对水生态系统的影响等问题。

5. 结论纳米TiO2光催化技术作为一种高效、环保的水体净化方法，具有重要的应用前景。

通过对纳米TiO2的研究和改进，可以进一步提高光催化降解有机污染物的效果，为水体净化事业做出更大的贡献。

未来，纳米TiO2光催化技术有望成为一种重要的工程应用，为改善水环境质量和保护生态环境做出积极的贡献。

《2024年纳米TiO2光催化剂的制备、改性及其应用研究》范文

《纳米TiO2光催化剂的制备、改性及其应用研究》篇一一、引言随着环境问题的日益严重，光催化技术作为一种新型的环保技术，已经引起了广泛的关注。

纳米TiO2光催化剂作为光催化技术中的核心组成部分，具有高效、稳定、无毒等优点，被广泛应用于废水处理、空气净化、太阳能电池等领域。

本文将重点介绍纳米TiO2光催化剂的制备、改性及其应用研究。

二、纳米TiO2光催化剂的制备1. 物理法物理法主要包括气相法和真空蒸发法等。

气相法是通过将TiO2原料加热至高温，使其在气体状态下凝聚成纳米粒子。

真空蒸发法则是将TiO2原料在真空环境下加热蒸发，然后在冷却过程中形成纳米粒子。

这两种方法虽然可以制备出纯度高、粒径分布窄的纳米TiO2，但设备成本较高，不适合大规模生产。

2. 化学法化学法主要包括溶胶-凝胶法、水热法、微乳液法等。

其中，溶胶-凝胶法是制备纳米TiO2最常用的方法之一。

该方法通过将Ti的前驱体溶解在溶剂中，经过水解、缩合等反应形成溶胶，再通过干燥、煅烧等过程得到纳米TiO2。

该方法设备简单、操作方便，适合大规模生产。

三、纳米TiO2光催化剂的改性为了提高纳米TiO2光催化剂的光催化性能，人们对其进行了各种改性研究。

常见的改性方法包括贵金属沉积、非金属元素掺杂、半导体复合等。

1. 贵金属沉积贵金属如Pt、Ag等可以沉积在纳米TiO2表面，形成肖特基势垒，能够有效地捕获光生电子，抑制电子-空穴对的复合，从而提高光催化性能。

2. 非金属元素掺杂非金属元素如N、C、S等可以掺杂到纳米TiO2晶格中，使其吸收可见光的能力增强，拓宽了光谱响应范围。

同时，掺杂还能够影响晶格缺陷，提高载流子的迁移率，从而提高光催化性能。

3. 半导体复合通过将纳米TiO2与其他半导体材料进行复合，可以形成异质结，提高光生电子和空穴的分离效率。

常见的复合材料包括CdS、ZnO等。

此外，还可以通过形成核壳结构等方式进一步提高光催化剂的稳定性。

四、纳米TiO2光催化剂的应用研究纳米TiO2光催化剂在环保领域具有广泛的应用前景。

光催化降解教材有机污染物-实验三、光催化降解有机污染物(一)

实验三、光催化降解有机污染物（一） TiO2纳米光催化剂的制备（溶胶一凝胶法）学时：10一、背景材料治理污染、保护环境，是我国的一项基本国策，随着我国经济的快速发展，环境保护特别是污水处理的任务已经越来越严峻。

纳米结构光催化材料-TiO2胶体及浆料，用以光催化氧化降解有机污染物，能达到净化水质的目的。

目前纳米TiO2颗粒的制备方法有很多种，根据对所要求制备的性状、结构、尺寸、晶型、用途，采用不同的制备方法。

按照原料的不同大致分为两类:气相法和液相法。

气相法是直接利用气体或通过各种手段将物质变为气体，使之在气态下发生物理变化或化学变化，最后在冷却过程中凝聚成纳米粒子的方法。

气相法的特点是粉体纯度高、颗粒尺寸小、颗粒团聚少、组分更易控制。

主要有以下方法:低压气体蒸发法、溅射法和钛醇盐气相水解法。

气相法制备的纳米TiO2具有粒度好、化学活性高、粒子呈球形、凝聚粒子小、可见透光性好及吸收紫外线以外的光能力强等特点，但产率低，成本高，因此目前制备纳米TiO2光催化剂多采用液相法。

液相法是生产各种氧化物颗粒的主要方法。

它的基本原理是:选择一种或多种合适的可溶性金属盐，按所制备的材料组成计量配制溶液，再选择一种沉淀剂(或用蒸发、升华、水解等方法)使金属离子均匀沉淀(或结晶出来)。

液相制备纳米Ti02又可分为沉淀法、溶胶一凝胶法(Sol-Gel)、醇盐水解法等。

溶胶一凝胶法(Sol-Gel method，以下简称S-G法)是以金属醇盐M(OR)-(M=Ti, Na, Mg, Ba, Pb, V, Si等;R=-CH3、一C2H;、一C3H7, 一C4H9等)为原料，无水醇为有机溶剂，加入一定量的酸起抑制快速水解作用，诱导所得粒子间产生静电排斥力，阻止粒子间的碰撞，防止进一步产生大粒子，生成透明均匀的溶胶，经过一定的时间陈化，溶胶凝胶化，湿凝胶进行干燥，得到松散干凝胶粉末，此时十凝胶粉体为无定型结构。

干凝胶粉体再在马弗炉中进行热处理，即可得到Ti02粒子。

纳米TiO_2气相光催化有机污染物的研究综述

纳米T iO2气相光催化有机污染物的研究综述荆门职业技术学院化学工程系　李　瑛[摘　要]纳米T iO2气相光催化是目前一种新的环境治理技术,本文综述了近年来纳米T iO2气相光催化有机污染物的研究进展,并对该技术的应用进行了展望。

[关键词]纳米T iO2　气相光催化　有机污染物随着环境污染日益突出,空气质量问题越来越受到人们的关注。

近年来,利用半导体光催化降解空气中有机污染物的多相光催化过程已成为一种理想的环境治理技术,目前有关纳米T iO2用于气相光催化有机污染物治理的研究较多。

实验研究表明:与液相光催化过程相比,气相光催化氧化可以使用能量较低的光源,而且气相光催化氧化反应速度快、光的利用效率高、容易实现完全氧化、体积流量大、不受溶剂分子影响等特点。

对于农药、工业制造、建筑材料、消毒防腐等产生的挥发性有机物,都有较好的降解效果。

1、对各类有机污染物的气相光催化(1)链烃。

对气相链烃的T iO2光催化研究表明:从乙烷到辛烷,无论直链烷烃还是支链烷烃,在室温下都可在二氧化钛表面光催化氧化,反应中存在中间产物醛和酮,最终产物为CO2[1]。

(2)含氯有机物。

很多学者对含氯有机物气相光催化降解的反应动力学及其影响因素方面做了大量研究,其中三氯乙烯研究最多[2]。

(3)含氧有机物。

含氧有机物包括醇、醛、酮类等。

对气相丙酮的T iO2光催化时发现:在常温常压下丙酮光催化降解可获得80%的转化率;丙酮转化为CO2,无中间产物[3]。

(4)芳香族有机物。

近年来,有很多研究者对苯、甲苯、二甲苯、乙苯、间二甲苯等芳香族气相有机物的光催化降解反应产物、催化剂失活及反应途径等方面进行了研究。

T a izo Sano等[4]用负载在P t上的T iO2催化剂对挥发性有机化合物如甲苯进行了研究。

(5)含硫有机物。

对含硫有机物的光催化降解研究相对较少,其降解机理非常复杂。

V o ro ntsov等[5]对T iO2气相光催化降解二乙基硫时发现,催化剂在反应100～300min后失活。

纳米二氧化钛光催化剂在环境污染治理中的应用

纳米二氧化钛光催化剂在环境污染治理中的应用纳米二氧化钛（TiO2）光催化材料是一种新兴纳米材料，相对于传统的污染治理方法，纳米TiO2光催化材料在紫外线照射条件下，产生光生电子及空穴，并进一步产生氧化作用极强的羟基自由基，通过氧化作用分解各种有机化合物和部分无机物，使之分解成为无毒的CO2、H2O，从而达到降解污染物、净化环境的目的。

文章对土壤、水体、空气污染物的来源、危害及采用TiO2光催化剂进行污染物治理做了综述，重点说明了纳米二氧化钛（TiO2）光催化材料的优势及不足之处，并对纳米二氧化钛（TiO2）光催化材料在环境污染物治理领域的实际应用提出了展望。

标签：纳米二氧化钛；光催化；环境污染；降解前言随着工业化的不断发展，环境污染情况愈发严重，工业废气废水、汽车尾气、医用垃圾、生活垃圾等使得大气、水体、土壤环境每况愈下，环境污染的预防与治理已经成为各国最为关注的焦点之一。

目前，环境污染治理方法众多[1-2]，比较常用的方法有物理化学法、生化降解法、电化学处理法、光催化降解法等。

其中光催化技术是指光催化剂在光照条件下将有机污染物降解成CO2和H2O等无机小分子的一种绿色处理方法[3]。

降解过程中光催化剂不消耗，可重复利用，无二次污染，还可以利用太阳光，高效又经济环保。

1 二氧化钛光催化材料概述1972年，日本科学家A. Fujishima和K. Honda[4]发现用紫外光照射TiO2，水能够光解反应生成氢气。

这个伟大发现开拓了一个崭新的光催化时代。

此后的四十年间，光催化技术得到长足发展，最初的只有TiO2一种，发展到目前的氧化物、硫化物、复杂氧化物等多种。

光催化能够将水或者吸附的溶解氧转化成羟基自由基（·OH）和超氧离子（·O2-）等，它们具有极强的氧化性，能够降解大部分有机物，甚至无机物。

从1972年被发现具有光催化效应以来，TiO2就因为其光催化活性高，稳定性好，无毒而被广大研究者广泛研究。

纳米TiO2光催化降解制药废水的实验研究

纳米TiO2光催化降解制药废水的实验研究采用偶联剂法在聚丙烯多面球表面固载化纳米TiO2，在高压汞灯照射下，对制药废水进行了光催化氧化降解实验；探讨了光照时间、纳米TiO2使用量、溶液初始pH值、H2O2加入量等因素对制药废水降解的影响；在最佳条件下废水CODCr得到降解的同时，B/C也得到了显著的提高。

标签：制药废水；光催化；纳米TiO2制药废水通常具有组成复杂，有机污染物种类多、浓度高，CODCr和BOD5值高且波动性大，废水的B/C值差异较大，NH3-N浓度高，色度深，毒性大，固体悬浮物SS浓度高等特点[1]。

目前处理制药废水还是以生物法为主，物化法为辅，但由于制药废水负荷高、水质波动大、可生化性差，直接采用生物、物化法处理效果不是很理想，对制药废水进行预处理，降低废水CODCr、BOD5，提高废水可生化性以利于废水生物处理显得至关重要。

现阶段，光催化氧化作为一种高级氧化预处理工艺具有经济性、广普性、反应条件温和、无二次污染等优点，因此得到广泛的研究[2]。

纳米TiO2具有较大的禁带宽度（Eq=3.2ev），氧化还原电位高，光催化反应驱动力大，光催化活性高等特点[3]。

近年来，纳米TiO2光催化降解有机物成为环境领域最活跃的一个研究方向[4]。

但是现阶段纳米TiO2的存在形式以悬浮式为主，TiO2微小颗粒易流失，细小颗粒与废水的分离缓慢，且悬浮粒子对光线进行吸收和阻挡影响了光的辐照深度，因此使得实际处理效果不佳。

本实验采用偶联剂法将纳米TiO2粘结在聚丙烯多面球表面，这是本实验的一大亮点，并且对制药废水的光催化氧化降解特性进行了探索，为光催化氧化法在制药废水处理工程中的应用，以及纳米TiO2的固定提供了经验和借鉴。

1 实验部分1.1 实验装置实验装置如图1所示。

1.2 实验仪器与试剂仪器：超声波清洗器，JL-360DTH，上海杰理科技有限公司；电子分析天平，BS210S，北京赛多利斯天平有限公司；分光光度计，DR/2500，HACH COMPANY；紫外高压汞灯GZZ型（500W），上海亚明灯泡厂有限公司。

纳米二氧化钛光催化降解水体中有机污染物

纳米TiO2光催化降解水体中有机污染物1972 年日本Fujishima和Honda发现TiO2单晶电极分解水，标志着纳米半导体多相光催化时代的开始。

Carey 于1976年报道了在紫外光照射下，纳米TiO2可使难生化降解的多氯联苯脱氯，从此开启了半导体催化剂在环境保护方面应用的新领域。

随着研究的深入，有关光催化的研究成果越来越多。

1995 年，Black发表了一篇综述性论文列出了300 种可被光催化分解的有机物，1200 多种相关刊物和专利以42 篇综述，指出利用TiO2可以无选择地处理各种有机污染物。

TiO2 以其无毒催化活性高，稳定性好以及抗氧化能力强等优点已成为最有开发前景的绿色环保型催化剂，并成为研究的热点且TiO2在水处理中日益显示出广阔的前景。

1.纳米TiO2的低温制备目前制备纳米TiO2的方法有很多种，根据不同的要求而采用不同的制备方法。

常规的制备方法按照原料的不同大致分为三类：固相法、气相法和液相法，采用较多的是气相法和液相法。

然而在这些不同方法制备TiO2的过程中，为使其晶型转变为锐钛矿相，需要在400 e 左右的高温热处理，在此温度烧结时由于晶粒长大和表面脱羟基过程常引起表面面积和羟基化程度的显著降低，另一方面还会引起团聚。

因此，采用低温制备技术制备锐钛矿相TiO2是提高其光催化活性的有效途径，同时也有利于生产成本(可以降低能耗)的降低，而且实验条件较好控制。

由于在反应釜内的反应并不是一个简单的加热结晶过程，混合溶剂在加热条件不断产生蒸汽，使得反应釜内的蒸汽压变大，形成了一个特殊高压的热温环境，利用热液法中的热液成矿原理，使生长成TiO2晶粒低温高压下晶化，形成以锐钛矿相为主的纳米TiO2的颗粒，而锐钛矿的TiO2被认为是TiO2的3 种晶型中光催化活性最好的晶型。

因此低温高压避免了高温烧结时因团聚使比表面积降低的不足，水热(热液)条件下制备的纳米颗粒分散性好也是使得其在水体中能高效的被紫外光激发而催化降解有机物。

TiO2催化臭氧化降解有机物初期研究成果

四、实验步骤
（3）将盛有无水乙醇的烧杯放在磁力搅拌器上，调整合适的转速使其快速搅拌，然后用胶头滴管向其中逐滴加入已经移取好的12ml酞酸丁酯，从滴下第一滴的同时按下秒表开始计时。注意：滴入酞酸丁酯的速度以不产生悬浊物为准。
（4）当计时恰好达到1h，向上述溶液中加入1ml浓盐酸。
四、实验步骤
二、实验仪器及药品
实验仪器
• 磁力搅拌器、烘箱、马弗炉、烧杯、移液管、胶头滴管、玻璃皿、研钵、坩埚、秒表等
实验药品
• 无水乙醇、钛酸丁酯、浓盐酸
三、实验原理
制取二氧化钛主要是通过钛酸丁酯的水解，因其水解太剧烈，故常加乙醇等减缓水解速率。
涉及的主要反应有： Ti(O-Bu)4+H2O→Ti(O-Bu)3(OH)+C4H9OH Ti(O-Bu)3(OH)+H2O→Ti(O-Bu)2(OH)2+C4H9OH Ti(O-Bu)2(OH)2+H2O→Ti(O-Bu)(OH)3+C4H9OH Ti(O-Bu)(OH)3+H2O→Ti(OH)4+C4H9OH 总反应式如下： Ti(O-Bu)4+4H2O → Ti(OH)4+4C4H9OH
四、实验步骤
1、实验前的准备，检查工作：
（1）将所需实验药品归置完整，所需玻璃器皿洗净干燥。（2）秒表调零，磁力搅拌器与烘箱接通电源预热。
四、实验步骤
2、实验开始：
（1）用移液管移取48ml无水乙醇置于200ml烧杯中，用加盖玻璃盖以防挥发。（2）用移液管移取12ml酞酸丁酯置于50ml烧杯中，注意该过程中所有器皿务必保持干燥，以防生成沉淀。
五、实验成果
原样 300℃

纳米TiO2光催化降解有机污染物的研究与应用

Ｒｅｅｒｈｐｏｒｓｎｔｃｎｑｅｏｈｔｃｔｌｔｃｄｇａａｏｆｏｇｎｃｐｌｔｎｓｓａｃｒｇｅｓｉｅｈｉｕｆｐｏｏａａｙｉｅｒｄｔｎｏｒａｉｏｌａｔｉｕ
使原本不吸收光的电子供体被活化并被氧化；电子受体通过接受表面的电子而被还原。半导体的光催化降解过程中生成的重要中间产物・Ｈ、・、Ｈ等的存在已经被许ＯＯＨＯ、・Ｏ
多研究所证实ｌ。作为一个活性物种，Ｏ自由２ｊ・
程
师２００７年３月
ＣｅｃｌＥｇｅｒｈｍｉｎｉｅａｎ文章编号：０２—１２（０７０１０１４２０）３—０４００３— ３
综述
纳米ＴＯｉ２光催化降解有机污染物的研究与应用
有机污染物（氯代物与芳香族化合物、含氮化合物、面活性剂、表染料、药等）农方面的应用，并对ＴＯｉ光催
化氧化法的发展与应用前景进行了展望。关键词：二氧化钛（ｉ；ＴＯ）光催化；有机污染物降解
中图分类号：Ｑ３Ｔ０２文献标识码：Ａ
２ＣｌｇｆＤｎｍｉｎｉｅｒｇＮｎｉｇＮｒｌＵｉｅｉ，ａｊｇ２０４，ｈｎ．ｏｌｅｏｙａｃＥｇｎｅｎ，ａｊｏｍａｎｖｒｔＮｎｉ１０２Ｃｉａ）ｅｌａｉｎｓｙｎ
Ａｂｔａｔｈｃａｉｏｉｎｐｏｏａａｙｅｅｒｄｔｎｏｒａｉｏｌｔｎｓｉｈｎｉｎｎａｓｒｃ：ＴｅｍｅｈｎｓｍｆＴＯ２ｏｈｔｃｔｚｄｄｇａａｉｆｏｇｎｃｐｌａｔｎｔｅｅｖｒｍｅｔｌｌｏｕｏｗｓｉｔｄｃｄ，ｎｈｐｌａｉｎｏｉｎｐｏｏａａｙｅｅｒｄｔｎｏｈｏｉａｅｙｒｃｒｏａｏｔａｎｒｕｅａｄｔｅａｐｉｔｆＴＯ２ｏｈｔｃｔｌｚｄｄｇａａｉｆｃｌｒｎｔｄｈｄｏａｂｎ。ｍａｉｏｃｏｏｒｃｃｍｐｕｄ，ｉｏｅｅｕｏｏｕｄ，ｕｆｃａｔ，ｙｓｅｔｉｅｒｅｉｗｄＴｅｓｕｔｎｏｅｓｄｎｐｏｏｏｎｎｔｇｎｏｓｃｍｐｎｓｒｔｎｓｄｅ，ｐｓｉｄｓｗｅｅｒｖｅｅ．ｈｉａｉｆｔｔｙｏｈ — ｒａｃｔｏｈｕｔａａｙｅｅａａｉｎＷｕｃｏｔｌｚｄｄｇｄｔａｓｍｍａｉｅａｄｔｅｆｔｒｅｅｏｍｅｔａｄａｐｉａｉｎｏｉａｉｕｓｄｆａｌ．ｒｏｓｒｚｄ，ｎｈｕｕｅｄｖｌｐｎｎｐｌｔｆＴ０２ＷｄｃｓｅｎｌｃｏｓｉｙＫｅｒｓ：ｔａｉｍｉｘｄ；ｈｔｃｔｙｉ；ｐｏｏａａｙｉｅａａｉｎｏｒａｉｐｌｕａｔｙｗｏｄｉｎｕｄｏｉｅｐｏｏａａｓｓｈｔｃｔｔｄｇｄｔｆｏｇｎｃｏｌｔｓｔｌｌｃｒｏｎ

纳米TiO2的光催化性能及其在有机污染物降解中的应用

纳米TiO2具有光催化性能，利用太阳光能将有机污染物矿化为CO2和H2O......纳米TiO2的光催化性能及其在有机污染物降解中的应用魏刚黄海燕熊蓉春北京化工大学 (100029)摘要纳米TiO2具有光催化性能，利用太阳光能将有机污染物矿化为CO2和H2O。

从TiO2的光催化降解机理入手，详细讨论了影响纳米TiO2光催化性能的因素及提高光催化性能的方法，列举了纳米TiO2在有机污染物光催化降解中的应用，提出了目前尚且存在的一些问题及其解决的途径。

关键词TiO2光催化有机污染物降解1前言随着石油工业的发展，以石油裂解产物为原料进行合成的有机产品越来越多，不可避免地带来环境污染问题。

随着对环境认识的不断深入和水处理技术不断提高，利用半导体光催化作用降解和消除有害有机物，就引起人们极大的关注，这种方法具有高效、节能、不存在二次污染等特点，显示出良好的应用前景。

其中，纳米TiO2尤为引人注目。

纳米TiO2在光照射下产生强烈的氧化能力，可把水和空气中的许多难分解有毒有机污染物氧化分解为二氧化碳、水等无机物，其优点是：反应条件温和，能耗低，在紫外光或太阳光照射下即可发生光催化反应；反应速度快，废水停留时间仅需要几分钟到几小时；降解没有选择性；无二次污染；应用范围广。

2机理TiO2属于Ｎ型半导体材料，具有能带结构，一般由填满电子的低能价带和空白的高能导带构成，价带和导带间存在禁带。

TiO2的禁带宽度为3.2eV，当它吸收波长小于或等于387.5nm的光子后，价带上的电子(ｅ-)被激发跃迁至导带，形成带负电的高活性电子e cb-。

同时，在价带上产生带正电的空穴(h vb+)，在电场作用下，电子与空穴分离并迁移到粒子表面。

光生空穴有很强的捕获电子能力，具有强氧化性，可将吸附在TiO2表面的ＯＨ－和Ｈ２Ｏ分子氧化成·ＯＨ自由基。

其反应机理可用下式表示：TiO2＋H2O→ｅ-＋ｈ+Ｈ+＋Ｈ2Ｏ→·ＯＨ＋Ｈ+Ｈ+＋ＯＨ-→·ＯＨＯ2＋ｅ-→·Ｏ2-·Ｏ2-＋Ｈ+→ＨＯ2·２ＨＯ2·→Ｏ2＋Ｈ2Ｏ2Ｈ2Ｏ2＋Ｏ2-→·ＯＨ＋ＯＨ-＋Ｏ2·ＯＨ自由基的氧化能力很强，能将大多数有机污染物及部分无机污染物氧化降解为ＣＯ2，Ｈ2Ｏ等无害物质，且·ＯＨ对反应物无选择性，在光催化氧化中起着决定性作用。

活性炭纳米TiO_2催化臭氧化降解有机废水实验研究

第17卷第4期湖南工程学院学报 Vo1.17.No .42007年12月 Jour na lof Hunan I nstitute of Engineering Dec .2007收稿日期66作者简介刘占孟(),男,硕士,讲师,研究方向给水、废水处理新技术活性炭纳米TiO 2催化臭氧化降解有机废水实验研究刘占孟1,鲍东杰2,李　静2(1.华东交通大学环境工程系,江西南昌,330013;2.邢台职业技术学院建工系,河北邢台054035) 摘　要:采用沉淀—吸附法制备了活性炭纳米Ti O 2催化剂,催化臭氧化去除废水中的氯乙酸,研究了反应时间、pH 值、臭氧浓度等因素对处理效果的影响.实验结果表明:活性炭纳米Ti O 2臭氧催化氧化法能有效的处理含氯乙酸废水,其C OD 去除率可达到85%以上.关键词:纳米Ti O 2;活性炭;有机废水;催化臭氧化中图分类号:X703 文献标识码:A 文章编号:1671-119X (2007)04-0058-030　引　言臭氧氧化法的应用[1-3]十分广泛,它在杀菌、消毒、脱色、除臭、处理难降解有机物等方面有明显的优势;并且无二次污染,符合现代环境保护理念.但臭氧应用于废水处理还存在着一些问题,如臭氧处理的费用高;臭氧与有机物的反应选择性较强,在低剂量和短时间内臭氧不可能完全矿化污染物,且分解生成的中间产物会阻止臭氧的进一步氧化;因此提高臭氧利用率和氧化能力就成为臭氧高级氧化法的研究热点.目前国内外在臭氧氧化及联用技术的研究与应用中有两种趋势,一种是基于臭氧的高级氧化过程,与其它方法联用将臭氧催化转化为氧化性更强的而反应选择性较低的羟基自由基,如臭氧的超声空化、紫外辐射与过氧化氢的联合作用等;另一种是采用固体颗粒如二氧化钛、活性炭、金属氧化物为催化剂来加强臭氧氧化,这些方法不另需氧化剂或能源,故倍受水处理工作者的青睐.图1　臭氧处理系统图氯乙酸[7]为染料(医药、农药、树脂、日用化工及有机化工)合成的重要中间体,很难生物降解,因此对环境造成严重的污染,特别是作为饮用水中的微污染源,已引起水处理工作者的广泛注意.本文以活性炭纳米二氧化钛作为催化剂,进行臭氧催化氧化处理氯乙酸模拟废水实验研究,并对降解机理进行初探.1　实验部分1.1　实验装置本实验所用的高频臭氧发生器由四个罐子串联而成,外层夹套为冷却水(自来水)通道,里层夹套为空气通道.空气流经时,在高压放电作用下,高速电子轰击氧气,使氧气分解成氧原子,紧接着氧原子、氧气、空气中其他任一组分M 通过三体碰撞反应形成臭氧.1.2　实验方法模拟废水:用去离子水配置氯乙酸(分析纯)溶液,质量浓度100m g/L ,COD202mg/L,pH =3.8.实验过程:实验所用催化剂预先用模拟废水浸泡三次,每次12h,使其吸附饱和.每次实验加入实验废水200m l,开冷却水,调节气体流量,开启臭氧生发器开关,废水此时开始进行催化臭氧化,计时,取不同反应时间的废水过滤至指定的锥形瓶中进行分析.分析指标:CO D:MS -3微波消解CO D 快速测8:2007-0-2:1977-:.定仪(华南环境科技开发有限公司);臭氧浓度:碘量法;pH值:PHS-2D型精密酸度计(德国西门子公司).1.3　催化剂制备实验以硫酸钛Ti(S O4)2和活性炭(柱状)为原料.实验过程是将一定量的活性炭加入到一定浓度的硫酸钛溶液中,搅拌吸附一定时间后所得固体,在80℃下烘干12h,然后在250℃(大气)及350℃(N2)温度下分别煅烧3h[7].1.4　各条件下的臭氧浓度不同条件下反应器内的臭氧浓度统计见表1.表中所指流量指进入反应器的臭氧流量.表1　不同条件下的臭氧浓度统计罐数流量O3浓度(m g/L)单双三Q=0.025(m3/h) 5.8210.411.2Q=0.05(m3/h) 3.48 6.627.56Q=0.10(m3/h) 3.00 4.98 6.00Q=0.15(m3/h) 2.22 4.02 5.102　结果和讨论2.1　臭氧催化反应时间的影响取200m l、pH=3.8(未调酸硷度)的氯乙酸废水加入臭氧化反应柱中,调节气体流量为0.05m3/h,开启单罐(双罐、三罐)臭氧发生器,实验结果如图2所示:图2　反应时间对COD去除率的影响臭氧催化效果均随反应时间的延长而加大,反应120m in均能达到良好的处理效果,反应速率随所串联罐数增多而增大.综合电耗影响,用双罐就可达到比较理想的效果.2.2　臭氧流量对臭氧催化氧化效果的影响未调pH值,采用双罐实验,改变臭氧气体流量,实验结果如图3所示:从图3可知催化臭氧化废水时,若气体流量很低,由于臭氧化空气中的臭氧浓度较高,因而处理废水时能取得较好的处理效果且当流量小于1m3/h时,CO D去锄率均较高.图3　臭氧流量对C OD去除率的影响2.3　pH值对臭氧催化氧化效果的影响pH值是臭氧催化氧化的重要影响参数,采用双罐实验,固定臭氧气体流量0.05m3/h,进行废水不同pH值的实验,结果如图4所示:图4　pH对COD去除率的影响图4表明臭氧处理废水对pH值的变化敏感,在强酸性和碱性条件下有较高的C OD去除率.在低pH值时,臭氧分子的直接反应(D反应)占优势,在臭氧反应中,有机酸类为中间降解产物,它们很难被直接臭氧反应继续氧化,而作为中间产物积累.因此造成低pH值时去除率低,需要的反应时间长(这与实验事实相符:臭氧化时间不长时,尚且能够获得比较高的COD去除率;但随着时间的延长,有机酸累积,从而所获得的COD去除率并不会增长很快).酸性条件下的CO D去除率比中性条件下的高主要是因为在臭氧在酸性溶液中拥有较高的氧化电位.高pH值情况下,水中OH-离子浓度高,从而可促进催化臭氧分解,产生大量强氧化性低选择性的OH自由基,来氧化降解有机物,提高去除率.综上所述,废水的pH决定臭氧和有机物反应的途径,它影响臭氧氧化还原电位的高低和羟基自由基产生的过程.2.4　活性炭-纳米Ti O2臭氧催化氧化机理初探臭氧和水中有机物反应的途径主要有两条:①臭氧直接氧化(D反应)—直接氧化有机物,反应较慢,有选择性②自由基反应(R反应)—和臭氧产生的羟基自由基发生反应,氧化有机物快,无选择性臭氧处理废水时,去除有机物的效率是两反应的95第4期刘占孟等:活性炭纳米Ti O2催化臭氧化降解有机废水实验研究8.010..迭加.臭氧氧化能力很强.O 3+2H ++2e →O 2+H 2O 反应体系的标准电极电位E Ф=2.07V .臭氧在水中分解产生原子氧和氧气,还可产生一系列自由基.其反应式如下:O 3→O +O 2O +O 3→2O 2O +H 2O →2H O 2HO →H 2O 22H 2O 2→2H 2O +O 2反应过程中生成的羟基,氧化能力仅次于氟,是一种非选择性的氧化剂,能从各种不同位置攻击有机分子,形成易氧化的中间产物,对各种有机物均有很高的氧化率,反应速度很快.羟基自由基能脱去有机分子上的一个氢,形成R 自由基,R 还能被溶解氧氧化.R +O 2→ROO生成的ROO 是一种非常强的氧化剂,能从有机物分子上脱去氢原子.ROO -R ’H →ROOH +R ’R ’又能使O 2氧化,这种自氧化链能大幅度提高氧化反应的效率活性炭纳米Ti O 2的催化作用主要在于其表面的具有强氧化性的空穴.空穴具有很强的俘获电子的能力,可以夺取半导体颗粒表面的有机物或溶剂中的电子.水溶液中发生氧化反应时,在半导体表面形成的H 2O 2容易失去电子形成强氧化性的OH .由于H 2O 2是有效的导带电子俘获剂,本身能提供O -和OH,故半导体催化剂和产生的H 2O 2等活性氧化剂具有协同作用.所以Ti O 2对有机物的氧化降解具有明显的催化作用.而活性炭作为Ti O 2载体,可以通过吸附作用使有机物在其表面上富集,而吸附物在电催化氧化作用下可以在吸附过程中不断进行氧化降解,所以不受饱和吸附量的限制.惰性吸附剂和Ti O 2催化性能的稳定性保证了该催化剂在催化氧化过程中能反复使用.3　结论(1)活性炭纳米Ti O 2臭氧催化氧化能有效降解有机物,降解机理主要是基于生成的H 2O 2和OH的氧化作用.(2)处理效率受反应时间、气体流量大小、串联的臭氧发生器灌数以及废水的pH 值的影响,其中,废水的pH 值对臭氧催化氧化效果的影响显著.参　考　文　献[1]　储金宇,吴春笃,陈万金等.臭氧技术及应用[M ].北京:化学工业出版社,2002.[2]　潘理黎,郑红艾,浮建军.臭氧及联用技术在水处理中的应用[J ].环境技术,2003(1):29-31.[3]　Hoi gne J.Che m istry of Aqueous Ozone and Reansf or mati o n ofPoll ut ants byOz on a ti on and AdvancedOxidati on Proce ss [A ].Hrubec J .The Handb ook of Environ ment a l Che mistry,v 5part C -Quality and Treat ment of DrinkingWater II[C ].Springer -Ve rlag Berlin Hidelberg,2003:84-141.[4]　李来胜,祝万鹏,李中和.一种有前景的水处理高级氧化技术[J ].给水排水,2001,27(6):26-29.[5]　Came l V.B er mond A.The Ese of Ozone and Assoc iatedOxida ti on P r ocess e s in Drinking Wa t e r Treat ment [J ].Wa ter R esearch .2003,32(11):3208-3222.[6]　张林生,杨广平.王　薇.臭氧化法在水处理中的应用[J ].净水技术,2003,22(1):9-12.[7]　李学萍.活性炭载体对Ti O 2光催化降解Cl2CHCO OH 性能的影响[J ].感光科学与光化学,2001,19(3):165-168.Rem ova l of C hlor oaceti c Ac i d i n W a ter by Ca ta lyti c O zona ti onwith T i O 22loa ded Acti va ted Ca rbonL I U Zhan -meng 1,BAO Dong -jie 2,L I J ing2(1.Dep t .of Environ mental Engineering,Ea st China J i aot ong Univ e rsit y,Nanchang 330013,Chi na;2.Xingt a i Vocational and Technical College,Xingt a i 054035,China )Abstrac t:The cata lytic oz ona tion nanom ete r Ti O 22loaded activated carbon is prepared by prec i p itati on 2abs or p tionm ethod .The ozone with Ti O 22l oaded activated ca r bon is app lied t o chl or oacetic acid wa ste water treat ment .The effect of oz onati on ti m e,pH value and oz one concentr a tion on the tr eat m ent of chlor oacetic acid by catalytic ozona 2x f f y 2f OD 85%K y TO ;;;y z 06 湖南工程学院学报 2007年8ti on is studied in this pa pe r .E peri m ental results sugge st that chl or oacetic acid waste water can be e ectivel dis posed and the re moval o C can r each .e wor ds:titanium i 2ac tivated carbon or ganic wastewater catal tic o onati on。

用纳米级二氧化钛催化降解室内污染气体的实验

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１７卷３期
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图２ＴＯｚ污染气体中各污染物的降解效果ｉ对
３．结果分析２
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本文通过抽样测量，得到各污染气体在光催化下随时间的降解结果：
可以间接增加室内污染气体与二氧化钛接触的有效
面积。
收稿日期：２００２—０３—０６
维普资讯
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色谱仪（日本岛津气相９Ａ型）进行测量，得到各
解污染气体的浓度。这为居住环境的改善提供了一种经济、便捷的手段，有很好的实用价值。
气体在有无光催化作用下的浓度。

纳米tio2制备、表征及光催化降解染料废水的综合设计实验

实验教学是培养大学生创新能力和实践能力的重要途径之一，但是各高校实验教学多偏重基本实验和专业实验，对综合实验重视程度不够，综合实验不同于基本实验和专业实验的地方在于注重强化综合能力，要求学生灵活、创造性地应用所学知识，设计出具有科学性的实验方案［１］。近年来，为培养全方位发展的人才，我国不断深化教育改革，本科生实验课程教学改革必须紧跟时代的需求更新实验教学理念，新的实验教学内容应紧密结合学科前沿和社会发展的需求，同时注重知识的系统性、整体性和相互交叉渗透性，通过研究型综合实验培养学生的创新能力［２－４］。结合目前光催化降解环境污染物这一研究热点问题，将科研中成熟的实验移植到教学中，教师给定研究方向和实验题目后，学生通过查阅文献自主设计实验方案，该综合实验可以有效培养大学生自主设计实验、运用所学知识发现问题、解决问题的能力，从而起到培养学生的创新能力和实践能力的良好教学效果。
第３期
孔春燕，等：纳米ＴｉＯ２制备、表征及光催化降解染料废水的综合设计实验
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纳米ＴｉＯ２制备、表征及光催化降解染料废水的综合设计实验
孔春燕，陈玉婷，王爱丽，商书波，王文强，张秀玲，王芳
（德州学院化学化工学院，山东德州２５３０２３）
摘要：本文围绕纳米ＴｉＯ２光催化降解环境污染物这一研究热点，设计了一个研究型综合实验方案，通过水热合成法制备纳米ＴｉＯ２，并利用Ｘ－射线衍射技术和扫描电子显微镜对产物进行结构表征与形貌分析，通过光催化降解模拟染料废水，评价材料的光催化性能。该实验依托科研研究热点，鼓励学生自主设计综合实验进行探索，加深学生对知识点的综合理解，充分调动学生的积极性和学习兴趣，培养学生的创新能力和实践能力。关键词：综合实验；材料制备；表征；光催化降解中图分类号：ＴＱ１３４．１；Ｘ７８８文献标识码：Ａ文章编号：１００８－０２１Ｘ（２０２０）０３－０２１７－０３

有关纳米TiO2与有机污染物作用综述资料

半导体TiO2光催化作为一种高级氧化技术在近年来受到人们的广泛关注，在紫外光的照射下，它能够有效催化降解各种有机污染物，在可见光照时，它能够通过染料敏化催化降解多种染料污染物，为环境治理提供了一种有效的方法。

通过修饰改性提高TiO2光催化剂的催化活性受到了国内外研究者的广泛关注。

本论文使用铝和磷酸对TiO2光催化剂进行修饰。

其中Al修饰的WiO2光催化剂在可见光染料污染物的催化降解反应中显示出很高的光催化活性，而磷酸修饰显著加速了多种小分子底物的TiO2紫外光催化降解反应。

在详细表征催化剂结构的基础上，研究了修饰组分影响光催化活性的作用机制。

主要研究进展如下：1.使用快速凝胶sol-gel法合成铝修饰的TiO2光催化剂(Al-TiO2)，使用XRD、HRTEM、XPS、27Al MAS NMR和zeta电位等方法研究修饰材料的结构和Al的局域环境。

FTIR和UV-Vis漫反射光谱研究了Al修饰对于染料和催化剂的相互作用、界面电子转移以及染料可见光催化降解的影响。

结果表明，染料RhB在Al-TiO2体系中的降解速率是未修饰TiO2体系的5倍。

通过对催化剂结构的详细表征和染料和催化剂的相互作用的研究，阐明了染料在Al-TiO2表面被迅速光催化降解的机理。

2.在结晶前后对TiO2纳米例子进行磷酸处理制备了磷酸修饰的TiO2光催化剂。

选择多种不同结构的底物研究它们的紫外光催化活性。

研究发现，与TiO2表面作用较弱的底物，如4-氯酚、苯酚和RhB，它们的降解反应显著加快，而与TiO2表面有强相互作用的底物，如二氯乙酸、茜素红和儿茶酚，它们的催化降解则被强烈抑制。

通过对催化剂结构的详细表征、结晶前后修饰催化剂活性的对比和反应中生成的活性物种和中间产物的检测，提出了机理模型阐述磷酸影响光催化活性的作用机制。

改性纳米二氧化钛的制备及其对有机污染物的光催化降解作用推荐查看全文下载全文导出添加到引用通知分享到|下载PDF阅读器在紫外光照射下，纳米TiO2可催化降解水中难生物降解的有机污染物，但存在光催化活性不够高，光能利用率低，催化剂粒子及环境的遮蔽效应强，催化剂难以回收等问题。

二氧化钛光催化降解有机污染物的实验设计

二氧化钛光催化降解有机污染物的实验设计王岩【摘要】Many colleges and universities have been now providing the innovation laboratory or opening laboratory in order to cultivate the innovation ability of undergraduate students for scientific research.Those students are commonly excellent in their studies and have a strong interest in scientific research with enough time.But both the exploration and establishment of the experimental subject and the construction of the teachers’troop face many problems.Some experimental subjects containing strong innovation and operation ability must be explored and provided to the students so as to better develop the students’scientific literacy and improve the cultivation quali-ty.This paper selected some scientific researches as the material and transformed into a viable opening experiment topic.It cultivates students’operation,innovation,scientific research,and problem analyzing and solving ability.%许多高校设有创新实验室和开放实验室，用来提高学习成绩优异、对科研具有浓厚兴趣的本科生的科研创新能力和实践动手能力，为他们进一步从事科研工作打下良好的基础。

纳米TiO2光催化技术及其在环境污染治理中的应用研究

纳米TiO2光催化技术及其在环境污染治理中的应用研究摘要：本文重点分析了纳米TiO2的光催化科学技术基本概念及其作用机理，并从水体污染、土壤污染及气体污染这些方面入手，深入研究了纳米TiO2的光催化科学技术在当前环境污染综合治理领域当中实践应用。

从而能够进一步了解与把握纳米TiO2的光催化科学技术，将其更好地运用至环境污染综合治理领域当中，凸显纳米TiO2的光催化科学技术应用优势，维护自然环境。

关键词：纳米；TiO2；光催化0引言为了能够更好地凸显出纳米TiO2的光催化科学技术应用优势，提升其对于环境污染的综合治理效果，本文主要围绕着纳米TiO2的光催化科学技术及其在当前环境污染综合治理当中的实践经验，进行综合分析，望能够为今后相关专家及学者对这一方面的深入研究提供有价值的参考或者依据。

1技术概述纳米TiO2的光催化科学技术，又通常被称之为光触媒科学技术，主要是把附着于有效介质当中纳米颗粒，借助于特定的光源照射，与其周边的空气、水中氧产生作用之后所形成的一种较强的氧化及还原力电子空穴的科学技术。

技术原理：借助半导体的光催化剂，处于一定波长光线照射条件下受激形成高能的电荷、空穴及电子等，空穴分解其催化剂的表面吸附水形成氢氧的自由基，电子致使周围氧逐渐还原成为活性的离子氧，氧化的还原作用相对较强，将其吸附于催化剂的表面，对空气产生净化作用。

纳米光的催化剂所形成的该量子效应，具有着区别于体相光的催化剂理想性质，比如其有着较大比表的面积、光学性质极为特殊、光催化的活性较强等。

可以说，该项科学技术实际应用范围相对较为广泛，能够广泛应用于抗菌、污水及空气治理当中。

当前，在环境综合治理当中应用最多的为纳米ZnO、纳米TiO2。

TiO2具有较强光催化的活性，且有着低成本及耐光腐蚀等技术优势，对人体并不会产生毒副作用，是当前实践研究及应用当中单一性质化合物的光催化剂，在水体、大气及土壤等各种环境污染综合治理领域当中均有着极大的技术优势，应用效果较为突出。

TiO2纳米管光电催化降解有机污染物耦合制氢研究共3篇

TiO2纳米管光电催化降解有机污染物耦合制氢研究共3篇TiO2纳米管光电催化降解有机污染物耦合制氢研究1TiO2纳米管光电催化降解有机污染物耦合制氢研究随着人类工业化和城市化的不断发展，大量的有机污染物被排放到环境中，严重威胁着环境和人类健康。

传统的水处理方法难以完全降解有机污染物，而且处理成本高，以致于需要研发新的高效、低能耗的水处理方法。

光催化技术由于其高效、绿色、低成本、易于实现等特点，在水处理中得到广泛应用。

其中，TiO2纳米管光电催化降解有机污染物是当前比较热门的研究课题之一。

目前，许多学者对TiO2纳米管的合成及其性能进行了研究，发现TiO2纳米管的催化活性和选择性较强。

TiO2纳米管光电催化降解有机污染物的机制主要表现为：TiO2纳米管吸收可见光后激发电子，形成自由电子-空穴对，这些自由电子-空穴对可以通过纳米管的表面传播到表面活性位点，从而与有机污染物发生氧化还原反应，最终降解有机污染物。

此外，TiO2纳米管还可以通过自身光催化产生的质子来耦合氢气产生，实现了水的双重分解。

已有研究表明，TiO2纳米管光电催化降解某些有机污染物时会产生大量的氢气，具有较好的制氢潜力。

在这个过程中，纳米管的能带和表面活性位点的特定结构起着至关重要的作用。

因此，如何优化TiO2纳米管的结构和表面活性位点，提高催化活性和选择性，从而更好地应用于有机污染物的降解和氢气产生，是当前的主要研究方向之一。

为优化TiO2纳米管的光催化效能和氢气产生潜力，我们采用水热法合成了一系列具有不同表面形貌和表面活性位点的TiO2纳米管材料，并分别用于降解模拟废水中的有机污染物。

实验结果表明，TiO2纳米管合成温度和浓度对其结构和表面活性位点的形成有很大的影响。

低浓度和低温度的合成条件有利于形成更多的表面活性位点和小尺寸的TiO2纳米管。

这些纳米管表面光电催化活性较强，在模拟废水处理中实现了较高的降解效率，产生了较高的氢气收率。

二氧化钛纳米材料及有机污染物光催化降解研究的开题报告

二氧化钛纳米材料及有机污染物光催化降解研究的开题报告一、选题背景近年来，随着人类经济水平的不断提高和科技的不断发展，各类有机污染物的排放不断增多，给环境和人类健康带来了极大的危害。

在众多的污染治理技术中，光催化技术由于其高效性、绿色环保等优点而备受关注。

其中，二氧化钛（TiO2）纳米材料由于其独特的光电性质和催化性质，在光催化领域中具有广泛应用。

二氧化钛纳米材料是一种具有特殊表面活性的纳米材料，其表面的独特结构可样制造成大量的活性中心，这些活性中心可以吸附废水中的有机污染物，引发反应，形成自由基，从而将有机物降解为CO2和H2O。

因此，二氧化钛纳米材料是一种具有广阔应用前景的环境治理材料。

二、研究目的本研究旨在通过实验研究二氧化钛纳米材料在光照条件下对有机污染物的催化降解效果，为有机污染物的治理提供一种新的可能。

三、研究内容（1）二氧化钛纳米材料的制备二氧化钛纳米材料常用的制备方法有溶胶-凝胶法、水热法、物理化学法、燃烧法等。

通过比较不同的制备方法，选择最佳制备方法，制备出具有优异性能的二氧化钛纳米材料。

（2）二氧化钛纳米材料的表征采用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）、比表面积分析等手段对制备的二氧化钛纳米材料的形貌、粒径分布、物相组成、晶体结构、比表面积等进行表征，确定其组成及特征。

（3）研究不同光照条件下二氧化钛纳米材料对有机污染物的催化降解性能选择常见的有机污染物代表性物质，如苯、甲苯、二氯甲烷等，考察在不同光照条件下二氧化钛纳米材料对其的降解效果，分析活性中心、光照强度等因素对催化降解效果的影响，探究其反应机理。

四、研究预期成果本研究预期通过实验得出二氧化钛纳米材料在光照条件下对不同有机污染物的降解效果，并分析其机理，为二氧化钛纳米材料在环境处理领域中的应用提供参考，促进其应用的进一步开发和推广。