摘 要

水体环境污染问题是当今社会比较严重的问题之一，现有的污水处理方法众多，本课题选取高级氧化法，通过水溶性碳纳米点催化分解H₂O₂，进行反应动力学研究。

水溶性碳纳米点是一种新型非金属催化剂，在催化领域有着广泛的应用。本文通过控制不同条件来合成不同批次的水溶性碳纳米点（CDots），并对已合成的水溶性碳纳米点进行催化动力学研究。研究采用水溶性碳纳米点催化分解过氧化氢的方法，通过控制不同的反应条件：反应体系的pH值、水溶性碳纳米点的浓度和反应温度，采用分光光度法测量过氧化氢在不同时间的吸光度，比较反应速率常数，以得到水溶性碳纳米点催化性能最优的条件。

论文主要研究了水溶性碳纳米点的制备方法以及水溶性碳纳米点在不同条件下的反应速率常数及催化性能。碱性条件下催化性能最好，中性其次，酸性最弱；水溶性碳纳米点原液的催化性能最好，二级反应速率常数为6.8561E-5；在20℃-40℃范围内，随着反应温度的升高，反应速率逐渐加快，该反应的活化能为51.5KJ/mol。

本文的特色：本文主要研究了一种比较新型的产生羟基自由基的技术，即使用水溶性碳纳米点溶液催化分解过氧化氢产生羟基自由基，与以往的传统方法有所不同，与利用臭氧、紫外线相比，该种方法更加环保，操作更加简便。

关键词：碳纳米点；过氧化氢；催化性能；动力学

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Abstract

The problem of environmental pollution of water is one of the serious problems in today's society. There are many existing treatment methods. In this paper, advanced oxidation method is adopted to catalyze the decomposition of H₂O₂ by water-soluble carbon nanodots.

In this paper, different batches of water-soluble carbon nanotots (CDots) were synthesized by controlling different conditions, and the catalytic kinetics of the synthesized water-soluble carbon nanodots were studied. In this paper, the hydrogen peroxide was used to catalyze the decomposition of hydrogen peroxide by water-soluble carbon nanodots. By controlling different reaction conditions, the absorbance of hydrogen peroxide at different time was measured by spectrophotometry, and the reaction rate constant was obtained to obtain water-soluble carbon nanodots.

We mainly study a new technology to produce hydroxyl radicals, that is, the use of water-soluble carbon nanodots solution catalytic decomposition of hydrogen peroxide to produce hydroxyl radicals, and the traditional method of the past is different from the use of ozone, ultraviolet compared to this method is more environmentally friendly, easier to operate.

Key words: carbon nanodots; H₂O₂; catalytic performance; kinetics.

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目 录

摘要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.1.1水体环境现状 1

1.1.2 现有的污水处理技术 2

1.2 高级氧化技术 2

1.2.1高级氧化技术的背景 2

1.2.2高级氧化技术的机理 3

1.2.3高级氧化技术的特点 3

1.2.4高级氧化技术的分类 4

1.3碳纳米点 4

1.3.1碳纳米点的基本特点 4

1.3.2碳纳米点的应用 5

1.3.3制备碳纳米点的方法 6

1.4 分光光度法 7

1.4.1 分光光度法的特点 7

1.4.2分光光度法的原理 7

1.5 H₂O₂浓度测定方法 8

1.6本研究的主要内容 8

第二章 实验部分 9

2.1实验仪器及药品 9

2.2水溶性碳纳米点的制备 10

2.2.1实验过程 10

2.2水溶性碳纳米点溶液浓度的测定 10

2.3表征方法 11

2.4动力学研究 11

2.4.1过氧化氢标准曲线的测定 11

2.4.2实验过程 13

2.4.2.1 pH的影响 13

2.4.2.2用量的影响 13

2.4.2.3温度的影响 13

第三章 结果与讨论 14

3.1.水溶性碳纳米点制备与表征 14

3.1.1水溶性碳纳米点制备样图 14

3.1.2 TEM表征 15

3.1.3水溶性碳纳米点溶液浓度的测定 15

3.2影响动力学的因素分析 16

3.2.1 PH的影响 16

3.2.1.1结果分析 16

3.2.1.2小结 18

3.2.2 水溶性碳纳米点用量的影响 18

3.2.2.1结果分析 18

3.2.2.2小结 21

3.2.3温度的影响 21

3.2.3.1结果分析 21

3.2.3.2计算过氧化氢分解成为羟基自由基的活化能 24

3.2.3.3小结 25

第四章 结论 26

参考文献 27

致谢 30

第一章 绪论

1.1研究背景

1.1.1水体环境现状

水体环境污染问题是当今社会的热点问题，长时间以来受到社会上各领域各学科的广泛关注。科技发展和社会进步势必会造成对环境的不可逆性的伤害，其中污水处理问题一直是重中之重。科学家预测，能源危机是目前人类面临的第一大危机，水资源危机将会是继能源危机之后的第二大危机。

纵观世界，不只是我国面临着严峻的水资源危机，其他国家也同样面临着水资源短缺的问题，但是，发达国家在数十年前就已经意识到这个问题了，并及时采取积极有效的行动，保证危机不再恶化。相比之下，我国人口众多，工业发展需要的用水更多，但是水体环境确是日益恶化。只有40%的河流湖泊达到或优于国家《地面水环境标准》的三类，其余60%全部不达标。由此可以看出，治理和优化我国水体环境刻不容缓。