BiOCl-Graphene纳米复合物的合成及其光催化性能研究开题报告

1. 研究目的与意义

随着世界经济发展和城市化的进程, 对水的需求量不断增大, 随之而来的是污水的排放量日益增多,水体中氨氮量的剧增引起了国内外社会各界的广泛关注[1]。据统计, 2003 年, 全国污水排放总量为460.0 亿吨, 工业废水排放量为212.4 亿吨, 氨氮的排放量为40.4 万吨; 城镇生活污水的排放量为247.6 亿吨, 其中氨氮的排放量为89.3 万吨[2,3]。大量含有氨氮的污水排入江河、湖泊, 造成自然水体的富营养化, 同时给生活和工业用水的处理带来较大的困难。水体中含有大量的氨氮, 使水体产生富营养化效应, 刺激并加速水生植物的生长, 如海藻、水草的大量生长繁殖, 导致水体生态平衡失调。在水中硝化细菌的作用下氨氮氧化成亚硝酸盐和硝酸盐，完全氧化l mg 氨氮约需4.6 mg 溶解氧，这对水体质量的改善和保证十分不利,会造成水的透明度降低，使得阳光难以穿透水层，从而影响水中植物的光合作用，可能造成溶解氧的过饱和状态，水下生物得不到充足的阳光而影响了生存和繁殖。溶解氧的过饱和以及水中溶解氧减少，都对水生动物有害，造成鱼类大量死亡，在近海海域引发赤潮。氨氮的大量排放不仅造成了水环境污染和水体富营养化及水体发生赤潮等现象, 而且在工业废水处理和回用工程中造成用水设备中微生物繁殖, 形成生物垢, 堵塞管道和用水设备, 影响热交换[4,5]。

为满足公众不断提高的环境质量要求,国家对氨氮制订了越来越严格的排放标准,研究开发经济、高效的除氨氮处理技术已成为水污染控制工程领域研究的重点和热点。

传统的用于废水处理的方法主要有吸附，阳极氧化和催化氧化等。除此之外，光催化氧化技术作为一种高级氧化技术也被广泛用于废水处理。光催化技术具有反应时间短，反应过程简易、对污染物矿化程度和使用能源为太阳能等优势[6]。

2. 研究内容和预期目标

用水热法制备biocl纳米片，在此基础上，通过调变合成工艺，使graphene更好的与biocl纳米片复合，研究材料的光吸收效率与晶面的关系，分析碳材料促使biocl光吸收红移的内在联系，探索biocl价态、半导体能带间隙、导带和价带受纳米碳的影响规律，构筑能直接高效利用太阳能的复合半导体光催化剂。具体研究内容如下：

1）查阅biocl-graphene纳米复合物的合成及其光催化性能研究的文献。

2）参照文献的方法研究biocl-graphene纳米复合物的合成及其光催化降解氨氮的降解规律。

3. 研究的方法与步骤

1.纳米氯氧化铋的制备

将一定质量的bi(no₃)₃5h₂o 和kcl 加入40 ml去离子水中，室温下搅拌溶解后加入配置好的naoh溶液调整ph值到6.0。

剧烈搅拌混合溶液1h后，转移入高压反应釜中，放入160℃烘箱中加热24 h，过滤、水洗、醇洗、50 ℃烘干，即得到白色的biocl粉末。

4. 参考文献

[1] shavisi y, sharifnia s, hosseini s n, et al. application of tio2/perlite photocatalysis for degradation of ammonia in wastewater[j]. journal of industrial and engineering chemistry, 2014, 20(1): 278-283.

[2] zhou y, xiao b, liu s q, et al. photo-fenton degradation of ammonia via a manganese–iron double-active component catalyst of graphene–manganese ferrite under visible light[j]. chemical engineering journal, 2016, 283:266-275.

[3]kominami h, nishimune h, ohta y, et al. photocatalytic hydrogen formation from ammonia and methyl amine in an aqueous suspension of metal-loaded titanium (iv) oxide particles[j]. applied catalysis b: environmental, 2012, 111: 297-302.

5. 计划与进度安排

1，2021-02-26～2021-03-20 查阅文献，制定实验方案，完成开题报告。

2，2021-03-21～2021-04-14 熟悉毕业设计研究的发展，掌握基本实验操作，并开始实验。

3，2021-04-15～2021-04-20 总结前期工作，完成中期汇报。