生物废弃物制备多孔光催化材料的研究开题报告

1. 研究目的与意义

大自然的许多动植物中存在具有精致而复杂的天然生物结构，伴随着自然界的发展，这些生物结构被人们所开发利用，对特殊材料的合成具有重要的指导作用。同时，有机物的生物结构又是天然的可再生碳源，对碳质材料的合成也具有重要的意义，但是目前对生物结构的开发利用很有限，造成了许多的浪费并且伴随着二次污染的问题，所以对生物废弃物的利用研究迫在眉睫。

花生是我国主要的油料作物和经济作物之一，种植面积大、分布广，大量的花生壳在花生深加工过程中被废弃，成为了一种典型的生物废弃物，至今未得到充分的利用，不仅造成了一定程度的浪费，还给环境带来了污染。花生壳本身是一种天然可再生资源，主要成分为碳素，是一种良好的碳源。因此许多学者对花生壳的开发利用做了大量的研究来提高其利用价值，最终发现将花生壳作为原料经过碳化、活化等工艺制备各类活性炭此用途具有极大的研究意义和发展空间。活性炭一般具有丰富的孔隙结构，巨大的比表面积以及表面非极性等特点，是一种良好的吸附材料。由于花生壳具有天然的多孔结构，它经过简单的碳化作用制得的多孔活性炭具有良好的吸附性能，能吸附污染物，常用于工业废水的去污，可达到以废制废的目的，使经济效益、社会效益及环境效益三者统一。用吸附法处理污染物，具有多样性、高效性、成本低、易于处理、可重复利用等优点。目前应用最广泛的吸附剂即为活性炭，既可以吸附有机物，又对重金属离子有一定的吸附作用，但是大多数的吸附作用只是达到暂时的消除效果，并不能达到完全降解的目的。

值得一提的是，目前受到人们极大重视的绿色防治污染的光催化材料，在降解污染物方面有着更深远的意义。20世纪以来光催化降解有机污染物逐渐成为一项新兴的颇具发展前途的环境污染深度净化技术，它主要指的是污染物在光照下，通过催化剂实现分解。由于光催化反应条件温和、耗能低、能矿化绝大多数有机污染物、无二次污染和利用太阳光作为光源等突出优点，因此它在有机污染物处理中具有比活性炭吸附剂所无法比拟的优势，具有极大的发展前途，对太阳能利用和环境保护也有着重大的战略意义。在众多的光催化材料中，纳米材料因为具有良好的光电转化性能，同时又存在着表面效应，使其具有高表面活性、高表面能和大表面积等特性，表现出巨大的潜力，所以一直被认为是最具应用潜力的光催化材料之一。但是在实际使用中纳米材料却很容易出现团聚的现象，并且伴随着难回收，可能会出现二次污染等问题，这些都严重的制约了它在实际应用中的发展，减弱了其使用价值。

2. 研究内容和预期目标

研究内容：

1、以天然的生物结构花生壳作为模板，通过水热合成的方法制备多孔活性炭。

2、多孔活性炭制备后期在其表面负载氧化半导体材料，制备多孔光催化材料。

3. 研究的方法与步骤

1、用花生壳为原料，水热法制备多孔活性炭，在水热釜中进行，通过控制前驱物的水或有机溶液的温度和压力来进行反应。

2、通过溶胶-凝胶法负载光催化材料。控制温度在200-300 ℃之间，ph在7-8左右，反应2-3小时，来使制备的多孔活性炭与氧化半导体材料更好地结合。

3、使用试剂来测试评估所得的多孔光催化材料的性能。

4. 参考文献

[1]wei l, tian k, zhang x, et al. 3d porous hierarchical microspheres of activated carbon from nature through nanotechnology for electrochemical double-layer capacitors[j]. 2016, 4(12).

[2]wang q, yan j, fan z. carbon materials for high volumetric performance supercapacitors: design, progress, challenges and opportunities[j]. energy environmental science, 2015, 9(3):729-762.

[3] xie q, bao r, zheng a, et al.sustainable low-cost green electrodes with highvolumetric capacitance for aqueous symmetric supercapacitors with high energydensity[j]. acs sustainable chemistry engineering, 2016, 4(3).

5. 计划与进度安排

1、2022-12-19～2022-01-13 查阅文献，了解课题的背景，开始写开题报告。

2、2022-02-20～2022-03-20 查阅文献，更进一步的了解课题背景知识，完成开题报告，开展进行初步试验，熟悉利用生物废弃物（花生壳）制备多孔材料的方法。

3、2022-03-21～2022-04-20 研究生物废弃物模板对多孔光催化材料性能的影响。