1. 研究目的与意义
近年来，我国的水污染情况日益严重，尤其是水体富营养化，对长江流域造成了极大的影响。造成水体富营养化的主要原因就是水体中氨氮含量过高。大量氨氮的存在会消耗水体的溶解氧，导致水体中藻类大量繁殖，频繁进行生命活动，使水体散发恶臭[1]，由于溶解氧的消耗，还会导致鱼类等生物的死亡，从而导致恶性循环。
我国现阶段主要利用传统的物理化学方法或生物性措施来解决水体富营养化。传统的物理化学方法只是将溶液中的废物浓缩后从中转移，本质上并没从环境中消失，比且还可能带来二次污染。而生物性措施收到了水中污染物浓度的限制。然而，光催化法可以克服以上方法中的诸多不足，有效降低水中氨氮含量。
光催化是催化技术中的一种，与传统催化唯一不同之处是激活催化剂的能量形式不同。光催化过程同样发生在吸附相上，只是激活催化剂的能量由光能代替了热能[2]。在氨氮含量较高的水域中加入光催化剂，当水域受到光照后，催化剂表面产生高活性物质，这些高活性物质会与水中的溶质发生氧化反应，从而使得溶质降解生成co2、h2o、n2等稳定的无机离子。由于石墨烯具有大比表面积和优良导电性等特点[3]，现阶段石墨烯为比较常见的光催化剂载体。近几年来，国内外研究者都在探索其他物质与石墨烯掺杂，从而增强其光催化活性，来获得更好的氨氮降解效果。研究表明碱土金属铋酸盐中的能带电子结构可以满足光催化的要求，从而使这种材料具有很好的光催化性能[4]。目前，这一方面的研究还有待进一步的深入。
2. 研究内容和预期目标
石墨烯是2004 年发现的一种新型二维碳纳米材料,利用石墨烯优良的导电性能和较高的比表面积使之与铋系氧化物复合,从而提高铋系氧化物的光催化性能,是当前光催化研究领域的热点之一[5]。
查阅氮杂石墨烯与SrBi2O4的合成文献，综述氮杂石墨烯与SrBi2O4的光催化反应发展历程。本课题根据石墨烯与铋酸锶的特性，制备出氧化石墨烯与铋酸锶掺杂的催化剂，并通过此催化剂来进行氨氮降解。通过Hummers法[6]制备氧化石墨烯，再通过氧化石墨烯来制备氮杂石墨烯，用水热法合成氮杂石墨烯与SrBi2O4复合催化剂，用XRD、TEM、拉曼光谱进行表征。参照文献的方法，研究氮杂石墨烯与SrBi2O4复合材料在光辐射下降解氨氮。研究pH、催化剂用量、氨氮浓度对反应的影响。用紫外-可见光谱手段跟踪反应过程，拟定反应的动力学方程。
3. 研究的方法与步骤
氧化石墨烯的合成
1. 准确称取石墨粉1.0050g于大烧杯中，并缓慢加入15ml浓h2so4使之溶解，控制温度为0℃搅拌0.5h。
2. 缓慢加入3.0386g kmno4,并控制温度不超过20℃再搅拌0.5h。
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]焦宏涛，光催化技术在氨氮降解中的应用，山西建筑报，2008，第34卷，第9期
[3]高岩岩，石墨烯/二氧化钛复合材料的制备及光催化性能研究
5. 计划与进度安排
| (1)第1-2周（2022年2月22日—2022年3月4日）查阅文献资料。 (2)第3-4周(2022年3月7日—2022年3月18日)作开题报告。 (3)第5-14周(2022年3月21日—2022年5月27日)进入实验室做毕业论文实验 (4)第15周(2022年5月30日—2022年6月3日)分析总结数据、撰写毕业论文。 (5)第16周(2022年6月6日—2022年6月12日)毕业答辩。 |
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