介质阻挡放电低温等离子体降解噻虫胺的实验研究
发布时间：2020-08-16 21:54
【摘要】：我国自古是农业大国,自二十世纪开始,我国国内农药的年均产量和使用量一直居高不下。近几年来,随着农药的广泛使用和新型农药的不断开发,由农药带来的环境污染事件以及农药残留和食品安全问题逐渐引起了人们的关注。农药虽然能毒灭阻碍农作物生长的有害昆虫,但其进入自然环境后会发生渗透、逸失、聚合、富集等多种行为,具备极强的迁移和扩散能力,会对水体、土壤、大气以及生物健康造成威胁,因此治理农药污染势在必行。噻虫胺是一种新型烟碱类农药,是目前应用最广泛的杀虫剂之一,它在环境中具有持久性、易移动性、易光解不易水解等特性,且能够迅速渗入地下水中。传统的农药废水处理方法已经不能完全适用新型农药的降解,因此亟须提出一种具有高效降解农药废水的新技术。介质阻挡放电低温等离子体技术具有高能自由电子的辐射作用、紫外光辐射分解作用、臭氧以及活性自由基粒子的氧化等多种作用,在废水处理方面具有广泛的应用。因此本文选用介质阻挡放电低温等离子体技术结合二氧化钛-石墨烯催化剂共同作用降解目标污染物-噻虫胺。本文采用溶胶-凝胶法将不同比例的二氧化钛-石墨烯催化剂负载到蜂窝陶瓷板上(Owt%,1wt%,2wt%,5wt%,8wt%,10wt%),并对改良后的催化陶瓷板进行XRD、SEM、FTIR和DRS等表征实验。根据表征实验的结果以及不同比例的催化剂对噻虫胺溶液的降解效果,8wt%Gr-Ti02被选择为最佳配比的催化陶瓷板。利用介质阻挡放电-低温等离子体技术处理噻虫胺时可能会受很多条件的影响,本文在Ti02-8%Gr-DBD体系中,分别对污染物的初始浓度、溶液的起始pH、起始电导率、电源的输入功率以及外来抑制剂和金属离子等降解条件进行单一变量的实验研究。通过实验分析,待降解噻虫胺溶液的浓度过高不利于降解效率的提高,在浓度过低时体系的能量产率也会过低,100 mg/L的初始浓度时降解效果最佳;体系内太高或太低的输入功率都抑制噻虫胺溶液的降解,高能电子辐射和紫外光强度在输入功率低时会处于较弱的状态,输入功率过高会出现放电不稳定的现象,因此输入功率在200 W时达到最佳;溶液在酸性条件下H202发生光解生成更具氧化性能的HO·,提高体系的氧化能力,而在近中性和碱性条件下,H2O2则会与HO·反应消耗了 HO·,这对噻虫胺溶液的降解不利;在溶液的初始电导率为150 μS/cm时,噻虫胺的降解率最高,而当溶液电导率增加至300μtS/cm和450 μS/cm时,溶液中过多的盐分子会阻碍催化剂中高能电子的转移,同时消耗部分活性粒子,降低体系的降解性能;加入二价铁离子和铜离子都可以提高溶液中噻虫胺的降解效率,使得噻虫胺在降解时间内达到完全降解;噻虫胺的降解效率会随着加入异丙醇浓度的增大而减小。同时,实验证明了噻虫胺在降解时,溶液的pH呈现下降趋势,而电导率逐步升高。最后,通过高效液相色谱-质谱联用法分析了噻虫胺降解过程中产生的中间产物及最终产物,探究噻虫胺在本实验体系中的降解机理及可能的降解路径。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X592
【图文】：
Ｆｉｇｕｒｅ邋２－１邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｓ邋ｏｆ邋ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ邋ａｐｐａｒａｔｕｓ逡逑２．４溶胶－凝胶法制备二氧化钛－石墨烯催化陶瓷板逡逑本实验采用溶胶－凝胶法制取石墨烯－Ｔｉ０２催化板，具体过程如图２－２，其中逡逑Ｔｉ0２中的石墨燔的质量比分别为：Ｏｗｔ％，ｌｗｔ％，邋２ｗｔ％，５ｗｔ％，邋８ｗｔ％和１０ｗｔ％。逡逑（１）
的噻虫胺标准溶液，使用ＬＣ分别测量后确定噻虫胺的最高吸收峰在２６５ｎｍ波长。逡逑然后测量各个浓度下噻虫胺在此波长处的吸收峰面积，得溶液浓度－吸收峰面积逡逑的噻虫胺溶液标准曲线，如图２－３：逡逑１．２ｘｌ０６－逦．逡逑ｌ．ＯｘｌＯ６－逡逑ｇ邋８．０ｘ１０５－逦／逡逑＜邋６．０ｘ１０５－逡逑４．０ｘｌ０５－逡逑／逦Ｒ２＝０．９９９２逡逑２．０ｘ１０５－逡逑０邋？邋０邋＿邋Ｋ逦ｉ邋「逦ｉ邋｜逦ｉ邋｜逦，邋ｉ逦ｉ邋ｉ逡逑０逦２逦４逦６逦８逦１０逡逑Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ（ｍｇ／Ｌ）逡逑图２－３噻虫胺标准曲线逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２－３邋Ｔｈｅ邋ｓｔａｎｄａｒｄ邋ｃｕｒｖｅ邋ｏｆ邋ｃｌｏｔｈｉａｎｉｄｉｎ逡逑２．５．２分析和计算方法逡逑降解每２０ｍｉｎ取样，共降解１２０ｍｉｎ，样品吸收峰面积使用ＬＣ检测，并通过逡逑标准曲线计算样品溶液浓度。噻虫胺的降解效率计算公式如下（Ｅｑ．邋１２）：逡逑７］邋＝逦Ｘ邋１００％逦（１２）逡逑Ｃ0逡逑其中，ｒ）为噻虫胺的降解效率（％），ｃ0为噻虫胺最初浓度（ｍｇ／Ｌ），ｃｔＳｔ时刻逡逑时噻虫胺的浓度（ｍｇ／Ｌ）。逡逑２０逡逑
为研宄石墨烯的加入对二氧化钛晶型结构的影响，本章实验对不同掺杂比逡逑例的二氧化钛＿石墨烯（ｌ00ｗｔ％，Ｏｗｔ％，ｌｗｔ％，２ｗｔ％，５ｗｔ％，８ｗｔ％，１０ｗｔ％）逡逑进行Ｘ－射线衍射实验，实验结果如图３－１所示。此外，由ＸＲＤ衍射谱线计算得逡逑到的不同掺杂比例的二氧化钛－石墨烯催化剂的晶粒大小、峰面积以及结晶度列逡逑于表３－１中。图３－１中ａ为纯石墨烯（Ｇｒ）的ＸＲＤ衍射线，纯石墨烯在２０°－８０°逡逑范围内无明显的衍射峰。图ｂ为无掺杂的Ｔｉ０２的衍射谱线，已知二氧化钛在２５．３°逡逑（１０１）、３８．０°邋（００４）、４８．０°邋（２００）、５４．１°邋（１０５）、５５．２°邋（２１１）、６２．９°邋（２０４）逡逑方向为锐钦矿的衍射峰［４３’７７’邋７８］，如图所示，溶胶－凝胶法合成的无掺杂二氧化钛逡逑均包含有锐钛矿衍射峰，且并无明显的金红石和板钛矿衍射峰。图中ｃ＿ｇ谱线分逡逑别为掺杂了邋ｌｗｔ％、２ｗｔ％、５ｗｔ％、８ｗｔ％和１０ｗｔ％邋（质量分数）石墨烯的Ｔｉ０２逡逑衍射谱线，由图３－１和表３－１可知，在掺杂石墨h澓蠖趸训娜耦芽缶徒峁瑰义喜⒚挥斜黄苹担以冢ǎ保保埃ⅲǎ埃埃矗ⅲǎ玻埃埃┚娲Φ娜耦芽笱苌浞灞涞酶义细猓迕婊徒峋Ф纫捕加忻飨缘脑黾印４送猓笛榻峁允荆裕
本文编号：2795002
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X592
【图文】：
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的噻虫胺标准溶液，使用ＬＣ分别测量后确定噻虫胺的最高吸收峰在２６５ｎｍ波长。逡逑然后测量各个浓度下噻虫胺在此波长处的吸收峰面积，得溶液浓度－吸收峰面积逡逑的噻虫胺溶液标准曲线，如图２－３：逡逑１．２ｘｌ０６－逦．逡逑ｌ．ＯｘｌＯ６－逡逑ｇ邋８．０ｘ１０５－逦／逡逑＜邋６．０ｘ１０５－逡逑４．０ｘｌ０５－逡逑／逦Ｒ２＝０．９９９２逡逑２．０ｘ１０５－逡逑０邋？邋０邋＿邋Ｋ逦ｉ邋「逦ｉ邋｜逦ｉ邋｜逦，邋ｉ逦ｉ邋ｉ逡逑０逦２逦４逦６逦８逦１０逡逑Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ（ｍｇ／Ｌ）逡逑图２－３噻虫胺标准曲线逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２－３邋Ｔｈｅ邋ｓｔａｎｄａｒｄ邋ｃｕｒｖｅ邋ｏｆ邋ｃｌｏｔｈｉａｎｉｄｉｎ逡逑２．５．２分析和计算方法逡逑降解每２０ｍｉｎ取样，共降解１２０ｍｉｎ，样品吸收峰面积使用ＬＣ检测，并通过逡逑标准曲线计算样品溶液浓度。噻虫胺的降解效率计算公式如下（Ｅｑ．邋１２）：逡逑７］邋＝逦Ｘ邋１００％逦（１２）逡逑Ｃ0逡逑其中，ｒ）为噻虫胺的降解效率（％），ｃ0为噻虫胺最初浓度（ｍｇ／Ｌ），ｃｔＳｔ时刻逡逑时噻虫胺的浓度（ｍｇ／Ｌ）。逡逑２０逡逑
为研宄石墨烯的加入对二氧化钛晶型结构的影响，本章实验对不同掺杂比逡逑例的二氧化钛＿石墨烯（ｌ00ｗｔ％，Ｏｗｔ％，ｌｗｔ％，２ｗｔ％，５ｗｔ％，８ｗｔ％，１０ｗｔ％）逡逑进行Ｘ－射线衍射实验，实验结果如图３－１所示。此外，由ＸＲＤ衍射谱线计算得逡逑到的不同掺杂比例的二氧化钛－石墨烯催化剂的晶粒大小、峰面积以及结晶度列逡逑于表３－１中。图３－１中ａ为纯石墨烯（Ｇｒ）的ＸＲＤ衍射线，纯石墨烯在２０°－８０°逡逑范围内无明显的衍射峰。图ｂ为无掺杂的Ｔｉ０２的衍射谱线，已知二氧化钛在２５．３°逡逑（１０１）、３８．０°邋（００４）、４８．０°邋（２００）、５４．１°邋（１０５）、５５．２°邋（２１１）、６２．９°邋（２０４）逡逑方向为锐钦矿的衍射峰［４３’７７’邋７８］，如图所示，溶胶－凝胶法合成的无掺杂二氧化钛逡逑均包含有锐钛矿衍射峰，且并无明显的金红石和板钛矿衍射峰。图中ｃ＿ｇ谱线分逡逑别为掺杂了邋ｌｗｔ％、２ｗｔ％、５ｗｔ％、８ｗｔ％和１０ｗｔ％邋（质量分数）石墨烯的Ｔｉ０２逡逑衍射谱线，由图３－１和表３－１可知，在掺杂石墨h澓蠖趸训娜耦芽缶徒峁瑰义喜⒚挥斜黄苹担以冢ǎ保保埃ⅲǎ埃埃矗ⅲǎ玻埃埃┚娲Φ娜耦芽笱苌浞灞涞酶义细猓迕婊徒峋Ф纫捕加忻飨缘脑黾印４送猓笛榻峁允荆裕
本文编号：2795002
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