氯氧化铋形貌对光催化性能改性研究开题报告

1. 研究目的与意义

随着我国经济迅猛发展，工业活动给我们赖以生存的生态环境造成了无法想象的影响。资源过度消费及环境污染，是我国经济当前面临的老大难问题。工业生产过程中会产生大量的“三废”，其中废水一直是危害生态环境的重要污染源。未经处理或处理不完全的含氮污染物的任意排放给环境造成了极大的危害。大量氨氮的存在会消耗水体的溶解氧,引起水体的富营养化。这些水体中藻类大量繁殖,频繁进行生命活动,使水体散发恶臭, 还消耗水中的溶解氧 ,导致鱼类大量死亡 ;其中一些藻类蛋白质毒素通过水产生物体富集,可经过食物链使人中毒^[1]。氨氮还使给水消毒和工业循环水杀菌处理过程中增大了用氯量。

目前对于氨氮废水的较多处理方法主要有化学沉淀法，吹脱法，吸附法等^[2-3]。而光催化技术是近年来为了促进水体净化(去污、去毒、脱臭) 并同时分解污染物而加紧研究开发的一项有前途的水处理新型技术,已引起众多学者的广泛重视。以tio2为例，氨氮废水光催化降解的机理可解释为: 在水溶液中受到光照后, tio₂表面会产生高活性物质 (oh等),它们从tio₂表面解吸进入溶液与溶质发生氧化反应, 溶质由此降解生成中间产物继续反应, 最后生成稳定的co₂, h₂o 和 no₃^-无机离子等^[4]。

氯氧化铋是一种典型的新型光催化剂，由于特殊的层状结构和光生电子－空穴再复合率较低，为学者们重视，然而不同的合成方法及反应条件对其结构有很大的影响，进而会影响其光催化性能^[5]。氯氧化铋纳米材料的制备方法多种多样，其中水解法是制备微纳米级氯氧化铋比较常见且最为简易的方法^[6]。因此预期采用不同方法制备不同形貌的biocl，以望探索不同形貌氯氧化铋对光催化性能的影响。

2. 研究内容和预期目标

查阅BiOCl的合成文献，综述BiOCl的光催化反应发展历程。本课题根据氯氧化铋的特性，制备出不同形貌氯氧化铋的催化剂，并通过此催化剂来进行氨氮降解。通过不同方法制备的氯氧化铋催化剂，利用氮气脱吸附仪、扫描电子显微镜、粉末衍射、红外、拉曼光谱、漫反射光谱等测试手段对材料的结构与表面性质进行分析。参照文献的方法，研究氯氧化铋在光辐射下降解氨。研究不同形貌的氯氧化铋对反应的影响。用紫外-可见光谱手段跟踪反应过程，完成数据整理。

BiOCl这一具有规则暴露晶面的磁性半导体材料，作为光催化剂同样被很多研究者关注，但是其能带隙较大，只能吸收紫外光，需进一步改性使其成为可见光催化材料。研究表明不同的晶体形貌对材料的性能有很大影响。预期研究光催化反应效率和BiOCl晶面之间的内在联系，利用密度泛函理论研究BiOCl不同形貌的能级结构与表面态密度的关系，阐明BiOCl不同形貌之间光生载流子移动与结合规律。通过对不同有机染料，MB,Rh.B,MO的降解实验研究BiOCl不同形貌对光降解性能的影响，确定光催化性能。同时利用半导体材料作为光催化剂来降解氨氮，实现对水体中氨氮的清除，达到净化水源，解决水污染问题。

3. 研究的方法与步骤

biocl纳米微球的制备

1.将1.96g bi(no₃)₃5h₂o 溶于 80 ml 乙二醇 (或等体积的其它溶剂)。

2.加入 1.31 g ctac, 搅拌5 h得到透明溶液.。

3.用koh/乙二醇溶液调节溶液ph至所需的值 (ph=1.0~7.0),然后于160℃溶剂热12 h。

4. 参考文献

[1]刘建，李哲，氨氮废水的处理技术及发展，矿冶工程报，2007，第27卷，第4期.

[2] 赖华，罗仙平，张燕，等.树脂对稀土冶炼废水氨氮的吸附及动力学研究[j].有色金属科学与工程，2012，3(5):74-77.

[3] 罗仙平，张艳，邓扬悟，等.几种常见离子交换材料在氨氮废水处理中的应用[j].有色金属科学与工程，2012，3(6):51-54.

[4]乔世俊,赵爱平,徐小莲,赵慧宏,吴仁铭.二氧化钛光催化降解处理氨氮废水[j].环境科学研究,2005(03):43-45.

5. 计划与进度安排

(1)第1-2周（2022年3月5日-2022年3月18日）查阅文献资料。

(2)第3周（2022年3月19日-2022年3月25日）完成文献综述和开题报告，外文论文翻译

(3)第4-7周（2022年3月26日-2022年4月22日）制备不同形貌的氯氧化铋纳米材料，如球形，纳米片，纳米颗粒等

(4)第8-10周（2022年4月23日-2022年5月13日）利用氮气脱吸附仪、扫描电子显微镜、粉末衍射、红外、拉曼光谱、漫反射光谱等测试手段对材料的结构与表面性质进行分析