水热法合成硫掺杂BiOBr/CoFe2O4磁性复合体系及其光催化降解有机染料效率研究开题报告

全文总字数：2020字

1. 研究目的与意义

（1）了解光催化的作用原理，光催化过程的发展状况，常用光催化材料；（2）了解铋系光催化剂在光催化领域的应用、发展及存在的问题；

了解染料废水的污染现状以及有机染料的相关基础知识：（4）了解铋系光催化剂的改性方法并掌握通过水热法合成硫掺杂biobr/cofe2o4磁性复合体系的方法。（5）在卤钨灯光照下进行复合光催化体系降解甲基橙实验，确定铁酸钴含量、ph值、复合材料投料量、染料溶液浓度等因素对于染料溶液降解效率和效果的影响，并得到最佳的催化材料和降解条件。

意义：巩固了本专业知识基础，提高了研究能力和技能应用能力，使能针对不同性质的废水做出针对性的处理方案，掌握了光催化剂的性质、作用原理和改性方法，并明确其处理条件和效率。随着现代社会经济的发展，能源和环境问题日益突出，人们迫切希望能通过高效环保的方法来获得清洁能源和去除污染物。光催化技术被认为是一种节能环保、应用前景广阔的能源制备和环境治理技术。针对光催化剂性能的局限性，人们广泛的研究了各种改性方法，以获更好的处理效果并满足经济绿色的要求。通过这个课题的研究，将对废水处理的热门领域有更深刻的了解。

2. 国内外研究现状分析

随着现代社会经济的发展，能源和环境问题日益突出，人们迫切希望能通过高效环保的方法来获得清洁能源和去除污染物。经过几十年广泛的研究和探索，人们逐渐将目光对准光催化技术，并对其在能源和环境领域的应用寄予厚望。70年代的时候国外的Fank和Bard关于水中氰化物在TiO2上的光分解研究以及Carey等关于多氯联苯在TiO2/紫外光下的降解研究，为光催化的迅速发展起到了极大的推动作用。到了80年代特别是90年代，光催化的研究已相当活跃。二氧化钛(TiO2)的性能较为优异，是研究得最多的一种。但TiO2带隙较宽，需要紫外光照射才能发挥出其优异的性能，对太阳能的利用效率比较低。因此，开发具有良好可见光响应性能的光催化材料逐渐受到重视，成为光催化研究领域的发展趋势之一。而铋系化合物是一类重要的可见光光催化剂，常见的主要是含Bi3 的化合物，如铋的二元氧化物(Bi2O3 11)、硫化物 (Bi2S3 12)、多元氧化物(Bi2WO6 13、Bi2MoO6 14、Bi12TiO20 15、BiVO4 16、BiPO4 17)和卤氧化物(BiOCl18、BiOBr19、BiOI20)等。然而，铋系化合物块体的光催化性能并不理想。这主要是由于光激发产生的电子和空穴容易复合，没有得到有效利用的缘故。为使铋系半导体的光生电子和空穴得到有效利用，研究者在形貌调控、掺杂、异质结构建、表面改性等方面开展了大量研究。由于大多数铋系半导体光催化反应主要发生在表面，样品的形貌和表面微结构对材料性能有较大影响，故形貌调控和表面改性的增强效果更为明显。这两种方法不仅可以单独使用，还可以结合起来使用，进一步增强材料性能，因而，受到研究者们的青睐。云南大学的段萍等人2014年对硫掺杂TiO2光催化剂的研究采用溶胶－凝胶法制备了硫掺杂二氧化钛粉体采用 XRD、Nano、FT等方法对其进行表征和分析。结果表明，S掺杂抑制了TiO2从锐钛矿相向金红石相的转变，减小了粒子间的团聚，拓展了TiO2对可见光的吸收范围，有效地抑制了光生电子－空穴对的复合。2014年东华大学的伊玉运用了非均相催化体系的基于硫酸根自由基的高级氧化技术将纳米级的CoFe204负载膨胀石墨之上,制备了可磁性回收催化剂CoFe204/GO,具有较强磁性,能够轻易被磁铁吸附,且同等条件下,吸附不是降解的最主要的途径,负载型催化剂CoFe204/GO的催化效果要明显好于单纯的GO或CoFe2O4存在时的效果。

3. 研究的基本内容与计划

1. 研究内容通过水热法合成硫掺杂biobr/cofe2o4磁性复合体系，并在卤钨灯光照下降解甲基橙。

2. 确定铁酸钴含量、ph值、复合材料投料量、染料溶液浓度等因素对于染料溶液降解效率和效果的影响，并得到最佳的催化材料和降解条件。

3. 方案拟定部分明确具体实验操作流程，希望测试的数据以及希望得到的结果预测。

4. 研究创新点

通过水热法合成硫掺杂BiOBr/CoFe2O4磁性复合体系，运用硫掺杂的方法有效地抑制了光生电子－空穴对的复合，提高对可见光的响应从而优化降解效果和效率，同时负载CoFe2O4，使催化剂具有磁性，以满足回收循环再利用的要求。