活性炭与碳纳米点/g-C3N4复合材料协同超声辐照降解水中布洛芬开题报告

 2020-02-20 09:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

药物和个人护理用品(pharmaceutical and personal care products, ppcps),主要包括药品和个人护理用品及其代谢产物。ppcps虽然结构各异,酸碱性不一,在环境中的浓度很低(ng/l~μg/l),但都具有高度水溶性、生物积累性、持久性、长距离迁移性、高毒性等,被称为“假性持久性有机污染物”[1]。布洛芬(ibp)作为ppcps其中的一种,用于治疗流行性感冒,发烧等炎症,但此类有机物具有难以降解和污染面广的特点,对水栖动植物具有不可逆转的伤害,将会对环境造成严重的污染。因此,对类似布洛芬这种环境污染型有机物的处理一直是需要探索的热点课题。

对于此类有机污染物,现已研究出许多处理的方法。如吸附、沉淀等物理方法,但此类方法均不能彻底去除有机物,反而容易产生二次污染。因此,研究者们发明出了高级氧化技术,该理想绿色技术能够有效解决环境污染,可以从源头解决有机物污染,其实质是产生羟基自由基(ho·)及发生一系列的ho· 链反应,由于其强氧化性,羟基自由基可以攻击水中有机污染物,直至降解为水、二氧化碳和微量无机盐,从而提升水体质量。由于这一技术具有高效、彻底、适用范围广、无二次污染等优点而备受关注。高级氧化技术主要包括fenton 氧化法、光化学催化氧化、湿式催化氧化、臭氧法、超声化学氧化、电化学氧化、超临界水氧化等,这些氧化技术的核心原理都是利用体系中生成的强氧化剂ho#8226;对ppcps进行无差别降解。虽然这些方法能从源头降解有机物但也存在一些问题,例如超声氧化法需要较大的资金投入,在废水领域没有得到广泛的使用。臭氧法对含有羟酸和酰胺官能团药物降解效率较低且不稳定,该方法仍未成熟。光催化氧化法现阶段开始使用一些新型光源,但由于在实际生产加工方面存在问题,该技术尚处于研究阶段,以往采用的汞灯、高压灯等传统光源,由于存在电极,会导致光源出现寿命短、耗电量大、外加电路复杂等问题。所以,本课题着眼于改善并提升高级氧化技术的氧化效率来降解去除水中的ppcps[2]

本课题拟合成活性炭/碳纳米点/g-c3n4复合材料,这是一种不含金属的高级氧化剂,具有成本低廉、制作简单、降解效果优良等优点,通过催化h2o2高效产生羟基自由基(ho·)可以高效降解有机物[3]

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2. 研究的基本内容与方案

基本内容:本课题先分别准备柠檬酸(制备水溶性碳纳米点的关键原料)、三聚氰胺(制备g-c3n4)和活性炭三种原料,将三者以不同比例混合后,采用高温煅烧的方法,严格控制煅烧温度、升温速率、保温时间等工艺条件,通过升温、保温和自然冷却三个阶段一步合成三者不同比例的活性炭/碳纳米点/g-c3n4复合材料[13]。随后对制备的活性炭/碳纳米点/g-c3n4复合材料进行表面形貌表征及微观结构表征,最后以布洛芬(ibp)作为目标,在进行超声辐照-非均相催化实验的同时,对h2o2分解及ibp降解效果进行观察,旨在研究活性炭/碳纳米点/g-c3n4复合材料与超声辐照对ibp的协同作用,从而理解体系中的“超声-吸附-催化”耦合作用机制,最终实现对ibp高效催化降解的目标。


目标:选用不同的活性炭与碳纳米点/ g-c3n4的配比获取不同比例成分的活性炭/碳纳米点/g-c3n4复合材料,根据不同条件(最佳配比、超声频率功率、不同的o2含量、ph值、h2o2投加量等)下进行的降解实验所获得的h2o2与ibp浓度的依时性变化和讲解速率,筛选出最佳降解效果下的复合材料配比以及各项实验最佳参数,以达到降解ibp的最佳效果[14]


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3. 研究计划与安排

(1)2019-03-10前完成开题报告撰写

(2)2019-03-24前确定活性炭与碳纳米点/g-c3n4的合成路线。

(3)2019-04-14前完成活性炭与碳纳米点/g-c3n4合成与表征实验。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] 李威. 典型难生物降解污水的毒性鉴别和高效处理技术研究[d]. 南开大学, 2012.

[2] 赵洪波. 高级氧化技术降解废水中有机污染物研究进展[j]. 科学技术创新, 2018, (21): 153-154.

[3] 潘继生, 邓家云, 张棋翔, et al. 羟基自由基高级氧化技术应用进展综述[j]. 广东工业大学学报, 2019, (02): 70-77 85.

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