生物质纳米碳点的光催化活性及其应用性能研究开题报告

1. 研究目的与意义

随着中国现代工业、农业不断发展，生活用水以及企业工厂生产过程中排放的废液日渐增加，这些废液中含有氨氮、有机物、重金属等危害物质。这也就带来了污水处理量大，污染物难处理和处理成本高这三大问题。另一方面随着人们对环境污染的重视，绿色、高效、可持续使用的污染治理技术已引起了大家的关注。此外，疫情的爆发，让更多的人关注到水资源的安全问题，重视污水处理改造、水质监测、环境修复等领域，这将有助于促使水处理行业的发展。此外，国家进一步加强对污水处理厂的进出水、污泥处置等环节的卫生学指标的检测，对出水水质、污泥无害化处置等服务内容提出更高要求。同时，22年以来，疫情反复的同时，气候异常，运输受限，人员调遣困难，现场作业难度加大，人力成本提高，进一步导致污水处理的艰难。

在环境污染中，影响最大、最广泛的就是化学污染。目前对于化学污染的主要处理方法有高温焚烧法、物理吸附法、微生物处理法和化学氧化法。这些方法或存在着能耗大、易造成二次污染、适用范围窄、效率低等问题。光催化作为一种新型处理方法可以有效的利用光能对有机物氧化分解、灭杀细菌、还原重金属离子以及消除异味，可以室温下在太阳光作用下进行反应，具有很好的经济性。光催化技术的核心是光催化剂，常见的光催化剂tio2无腐蚀性且无毒无害，可以将有机污染物完全转化为水分子和无机离子，无二次污染，是常见的高温、吸附技术、常规催化技术无法做到的。但同时，这种光催化剂同样有部分缺点。首先，该光催化剂是金属氧化物，需要人工合成，成本较高并且需要的能耗较高；其次，由于该催化剂是非生物质的，含有重金属，当生物体吸收纳米级的tio2时会严重影响肺部组织细胞，并且随之进入身体循环系统影响其他组织，具有很强的毒性。因此，为更优地解决水污染问题，拟用一种同样具有光催化性能，且同时具有生物无毒性的光催化材料

碳点作为一种新型的零维材料，具有良好的光学性能，优异的生物相容性、低毒性，杰出的水溶性等优点。在大部分文献中，大多介绍的光催化性能都是碳点的复合材料，例如cds/n/tio2-nts纳米复合材料能在一定电解质中可以变得不稳定，并吸附到催化剂上，与催化剂表面的有机污染物发生反应，提高污染物在催化剂表面的吸附作用，可提高有机污染物的催化降解率；生物质碳点cds的上转换功能可以增强光吸收，促进光生电子和空穴的转移和分离，被负载时能提高金属氧化物的光利用率。大量实验发现，碳点的复合材料在光催化性能方面明显优于原光催化剂，证明碳点在光催化领域效果优异，但其作用机理却还在研究当中。不适用复合材料，仅用碳点作为光催化剂的实验目前并不多见，且对于碳点的光催化活性的研究也仍有欠缺。

2. 研究内容和预期目标

1、研究花生壳的组成成分，为后续实验提供理论支撑

2、探究利用花生壳和水热法制备性能稳定的生物质碳点的合成流程，以保证进行后续实验的结果的稳定性和可对比性

3、表征该碳点，研究其具备的官能团和结构，奠定探究后续光催化实验作用机理的基础

3. 研究的方法与步骤

1、利用xrf研究花生壳的组成元素和形态，利用红外光谱研究其官能团。

2、采用简单的一步水热法合成碳点，将粉碎的花生壳灼烧处理，待冷却后研磨成粉，将粉末二次蒸馏水，搅拌均匀后，加入反应釜中加热，所得溶液离心后得到清液，将清液透析后，得到溶液即碳点溶液，溶液经过旋转蒸发、干燥后得到碳点粉末备用。

3、用紫外光谱初步了解碳点的基团和结构。碳点粉末用kbr压片法，采用红外光谱仪扫描碳点的光谱，从而推断碳点里面带有的基团，以透射电子显微镜察碳点粒径及形貌。

4. 参考文献

[1]a. tyagi, k m. tripathi, n singh, et al. green synthesis of carbon quantum dots from lemon peel waste: applications in sensing and photocatalysis [j]. rsc advances, 2016, 6 (76): 72423- 72432.

[2]陈刚,陈宁生,程世骑.荧光碳点的制备及其对三聚氰胺的检测[j].安徽工程大学学报,2016(4):17-21.

[3]孙晓君,蔡伟民,井立强,等.二氧化钛半导体光催化技术研究进展[j].哈尔滨工业大学学报,2001,33(4):534-541.

5. 计划与进度安排

1、2024.12.19～2024.02.02：找课题相关文献，了解课题内容。

2、2024.02.03～2024.02.24：根据背景内容，设计实验，撰写开题报告。

3、2024.02.25～2024.03.14：了解实验仪器需求和相关流程步骤。