稻壳炭负载铁酸钴催化还原硝基苯酚的研究开题报告

1. 研究目的与意义

由于人类社会的发展，传统模式的化学工业除了带给人们以极大的便利，却又对环境造成了极大伤害。在这样的背景下，进行可持续发展的转变势在必行。而在当今社会，环境保护和节能减排已经成为一个重要的话题。而改变能源的消耗和生产，是建设环境友好的基本保障。硝基类芳香化合物正广泛用于工业加工处理中，这类物质由于其致癌性使得它们对人体健康产生很大的威胁并且容易残留在动物的身体中。在众多硝基类化合物中，硝基酚被美国环境保护协会（USPA）列为114个污染物的榜首，而氨基酚则是很重要的医药中间体及原料。因此，对于工业生产和建设环境友好型社会的需要，找到一个高效的还原硝基酚的方法尤其重要。本论文主要研究高效催化剂材料的研发。铁酸盐作为有机反应中的催化剂，在催化降解过程中无产物生成，不会导致二次污染。且用时较短，反应装置简单，效果好，制备成本低廉。并且，在使用过后还可以回收利用，这些都很符合绿色化学的要求。所以它很适合用做催化剂降解有机物。而稻壳炭具有比表面积高，表面官能团丰富，孔结构发达，化学性质稳定等特点，能够广泛应用在吸附催化等领域，能使得所负载的离子充分吸附在稻壳炭表面，提高催化速率。因此我们设计稻壳炭负载的铁酸钴复合催化剂还原硝基苯酚类物质具有现实的应用价值。

2. 国内外研究现状分析

随着人们对铁酸盐的不断深入研究，人们对于铁酸盐有了良好的认识。铁酸盐的种类主要包括赤铁矿(a-fe₂0₃),磁铁矿(fe₃0₄),磁赤铁矿（fe₂0₃)和相应的尖晶石型(mefe₂0₄)铁酸盐。另外，还有石榴石型、磁铅石型、钙钦矿型((ab0₃),钛铁矿型和钨青铜型铁酸盐。这其中较为特殊的是尖晶石铁酸盐，因为它良好的磁学性能、吸波性能和催化性能等特点，已经被广泛运用于信息储存，电极材料，重金属吸附、催化以及生物医药等众多领域。

刘丹妮通过化学沉淀法制备铁酸锌，该方法以含有锌和铁的硫酸盐为原料，草酸铵为沉淀剂，将溶液混合获得前驱体，煅烧后获得产物。她研究了铁酸锌对酸性红b在微波条件下的催化活性，并讨论了催化反应对的影响因素，如污染物的初始浓度、催化剂的加入量、微波功率、微波时间等。结果发现：煅烧温度越低，吸附性越好，煅烧温度越高，催化活性越好。微波照射时间越长、酸性红b的初始浓度越低、催化剂加入量越多、微波功率越大，酸性红b的降解率越高。化学沉淀法制得的znfe₂0₄结合微波降解技术可以有效地降解酸性红b，具有降解率高，时间短，制备成本低和无二次污染等优点。

武峥采用水热法制备了bifeo₃纳米片，以罗丹明b有机染料水溶液作为目标污染物，研究了bifeo₃催化剂的可见光催化性能。考察了光催化降解染料过程中的影响因素，结果发现在酸性环境下，延长光照时间、增加催化剂的用量均可以提高降解效率。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：（1） 使用水热法合成铁酸钴-稻壳炭纳米复合催化剂。

（2）通过催化还原对硝基苯酚，找出最适合比例的催化剂。

（3）研究影响催化剂性能的不同因素，比如温度，催化剂浓度，还原剂浓度等。

4. 研究创新点

1、利用稻壳炭较大的表面积使铁酸钴颗粒充分的分散到稻壳炭表面。解决了铁酸钴的团聚，又实现了铁酸钴有效分散，提高了铁酸钴的催化活性。

2、利用了铁酸钴自身磁性，催化剂在反应结束后可从溶液体系中分离，有效实现了催化剂的回收及再利用。

3、解决了稻壳焚烧带来的污染，有效的利用了农业废弃物。

4、制备方法简单，催化剂制作成本低廉，对人体伤害较小。