洛克沙胂的光化学降解及其强化的研究

发布时间：2020-09-09 08:47

　　洛克沙胂(ROX)作为养殖饲料添加剂在过去二十年被广泛地应用于养殖业中。ROX在畜禽体内不代谢、不富集,绝大部分会被排泄到粪便中。由于ROX具有很高的水溶性,很容易随着地表径流进入到地表水体中。研究发现水体中的ROX可以在光照条件下发生降解,由于ROX是一种含砷的有机物,其在环境中降解产生的无机砷势必会对环境安全造成威胁。因此,本论文主要研究了 ROX在水域条件下的光化学降解行为,并建立ROX在不同环境中的光降解模型。通过实验对核黄素进行了简单的改性以提高其光化学稳定性,并以其作为光敏剂强化了ROX的光化学降解。同时通过热聚合法合成了石墨相氮化碳作为光敏剂强化了 ROX的光降解。本论文的主要研究内容和结论如下:1.研究了 ROX的光化学降解的影响因素及其机理,并建立了 ROX光化学降解的模型。实验结果表明:ROX在光照条件下可以发生降解,其中10μMROX在光照40小时后的降解率约38%。ROX的光降解速率受到各种因素的影响,其中强光强和高温可以增加ROX的光降解速率。ROX的初始浓度和溶液酸碱度对ROX光降解也有影响。此外,N03-能明显促进ROX的光化学降解,水中DOM会抑制ROX的降解。ROX在光照条件下发生光化学自敏化降解的机理为:在阳光照射下,ROX自敏化生成的1O2作用于其自身的降解。基于ROX降解影响因素的实验结果,建立了 ROX在不同条件下的光化学降解的神经网络模型。利用自然条件下ROX降解数据验证了所建模型的精度,结果表明,建立的神经网络模型可以预测不同条件下ROX的降解,预测精度高、误差小,预测值与真实值之间的均方差仅1.008。该部分研究结果为控制ROX导致的砷扩散污染提供了理论依据。2.研究了改性核黄素强化ROX的光化学降解及其作用机理。结果表明改性后的核黄素在光化学稳定性方面大大提高,改性后的核黄素在光照50分钟后的分解率约10%,相比之下,未改性的核黄素分解率高达约88%。改性核黄素在90分钟内可以将50μM的ROX完全催化降解成三价砷,三价砷随后被氧化生成五价砷,该降解符合伪一级动力学。该光催化体系更适于在中性条件下进行,酸性或者碱性条件下均会抑制该反应的进行,这是因为改性核黄素具有pH依赖性,其在中性条件下最为稳定。在ROX的降解过程中,主要机理是:ROX的降解和三价砷的氧化主要是单线态氧和超氧基的贡献,羟基自由基在这个过程中基本上没有起到作用。另外一个重要的机理是激发态的改性核黄素可以直接与ROX和三价砷反应。改性核黄素可以强化ROX的光降解,这导致砷的流动性降低,因而降低有机砷造成砷污染的环境危害风险。3.研究了石墨相氮化碳(g-C3N4)强化ROX的光化学降解及其作用机理。结果表明在60分钟内0.2g/L的g-C3N4可以将50μM的ROX完全光催化降解成三价砷,三价砷随后被氧化生成五价砷。在ROX降解过程中,主要机理是:g-C3N4吸收光子生成单线态氧、超氧自由基和羟基自由基等活性氧物质,这些活性氧物质均能作用于ROX的氧化。在这些活性氧物质中,单线态氧为最主要贡献的活性氧物质。另外,g-C3N4具有良好的光化学稳定性,其在3次重复回收催化实验中并未展现出光催化性能衰减。g-C3N4同样可以光催化降解ROX,这导致砷的流动性降低,因而降低有机砷造成砷污染的环境危害风险。
【学位单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X592;O643.32;O644.1
【部分图文】：

光敏剂,工作机理,电子

图 1. 1 光敏剂工作机理图Fig. 1.1 Diagram of photosensitizer working mechanism迁到导带，该过程称为带间跃迁。能激发光敏剂带间跃迁光照波长一般都在紫外范围内。2）电子-空穴对（e-- h+）的产生：当光敏剂受到激发波长的光照辐射激发时，在其内部的电子从价带激发跃迁到导带，在导带上产生高活性的电子（e-），并在价带上留下了带正电荷的电子空穴（h+），因此形成了电子-空穴对。TiO2+ hv → TiO2（e-）＋ TiO2（h+）与金属导体不同，半导体（光敏剂）粒子的能带区域是非连续的，电子-空穴电子对的寿命相对较长。在场势的作用下，空穴会吸引同一方向电子于其复合，致使电子朝某一方向运动，同时空穴朝相反的方向移动。移动到表面以后会进一步进行表面反应。3）表面反应：当光敏剂内部激发的电子和电子空穴迁移到表层时，可以与吸附在表

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图 2. 4 人工神经网络模型结构示意图Fig. 2.4 Schematic representation ofANN model structure本网络模型采用了前向传递的反向传播算法，其原理如图 2.5 所示，如公式2.1 所示。图 2. 5 前向传递的反向传播算法的原理图

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【参考文献】