氮杂石墨烯-氧化锰复合催化剂的制备及氨氮的降解开题报告

1. 研究目的与意义

随着工农业生产的发展和人民生活水平的提高，含氮化合物的排放量急剧增加，已成为环境的主要污染源而引起社会各界的关注。近些年来，我国的水污染情况不容乐观，其中较为突出的就是水体营养化，其直接的后果就是对于我国的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]。氨态氮是水相环境中氮的主要形态^[2]，是水体营养化和环境污染的一种重要污染物质。

目前，国内外对于氨氮废水实际处理中采用的处理方法包括生物处理法、空气吹脱法、折点加氯法、化学沉淀法、离子交换法等传统物理化学方法。这些方法存在明显的缺点：第一，传统的物理化学法易造成二次污染；第二，经过这些方法处理过后的再生液是高浓度的氨氮废水，需要再次处理；第三，处理的成本较高。而生物处理方法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。

光催化法是利用半导体材料满价带和空导带的电子结构。当用紫外光照射时，tio₂价带上的电子被激发进入导带，在价带上形成空穴，空穴将tio₂表面的oh^-和水分子氧化为羟基，羟基具有很强的氧化性，从而实现对于氨氮的氧化^[3]。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。光催化的反应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^[4]。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。

2. 研究内容和预期目标

本课题中合成的石墨烯是一种二维平面纳米碳材料，是单层石墨烯、双层石墨烯和多层石墨烯的总称。石墨烯具有完美的晶体结构，是世界上已知最薄、最坚硬的纳米材料^[7]。石墨烯由于其高表面积、优良的导电性和良好的机械性能在近几年受到全世界科研工作者的关注，迅速成为研究的热点^[8]。

1、研究内容：探索氮杂石墨烯-氧化锰制备的最佳制备方法、最佳组成和最佳合成条件，

考察合成的最佳配比，并且考察氨氮降解的最佳催化剂用量，降解所需的ph值、降解效率等。具体内容如下：

3. 研究的方法与步骤

(1)合成氧化石墨烯：本实验采用氧化还原法制备石墨烯，将洗净的石墨粉分散在具有强氧化性的酸溶液中（浓硫酸），然后再加入强氧化性的物质（本实验中加入高锰酸钾）得到氧化石墨烯。

(2)合成氮杂石墨烯：用氨水调节氧化石墨烯溶液的ph，再加入水合肼还原^[9-10]。

(3)氮杂石墨烯——氧化锰复合催化剂合成：准确称取氧化锰质量的1%、3%、5%、7%、9%的氮杂石墨烯超声分散于少量蒸馏水中备用。在100ml锥形瓶中（溶剂为异丙醇）加入0.27g四水合氯化锰，并超声2h，将混合溶液转移至水浴锅中剧烈搅拌（t=83℃），同时在混合液中加入5ml0.15g高锰酸钾并接上回流装置，反应0.5h后抽滤，洗涤至中性。

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]王兆熊,郭崇涛,张英等.化工环境保护和三废处理技术[m].北京:化学工业出版社,1982.18-29.

[3]方世杰,徐明霞,张玉珍.二氧化钛光催化降解作用的研究综述.材料导报,2001,15(12):32-34.

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。