脉冲电场降解有机磷农药机理分析

发布时间：2017-05-01 22:14

  本文关键词：脉冲电场降解有机磷农药机理分析，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：农业是影响我国经济发展的一大基础产业。然而,在农作物大量种植的过程中经常受病虫害的困扰,从而限制了我国经济的快速发展。为了解决这一问题,科学家研制出了许多类似于敌敌畏、马拉硫磷、氧乐果、毒死蜱等农药,它们也确实对于抑制虫类的大量繁殖、抑制病、杂草等的肆虐起到了不可估量的作用,从而使农作物受损害的程度降到最低,但是这些农药在随农作物生长过程中,或植物成熟以后并不能自行完全分解,许多农药在不同种类农产品及其果蔬类的表皮上都有不同程度的残留,所以,农药的残留问题成为了威胁人类的健康的首要问题。因此,研究一种能够对农产品中残留农药有效降解的方法,越来越成为当今研究的重点。高压脉冲降解农药法作为一种新型技术,是一种高效、经济、无污染的农药降解方法。本文研究了脉冲电场的电场强度对4种有机磷农药(敌敌畏、马拉硫磷、氧乐果、毒死蜱)分子的化学键的影响,利用Materials Studio分子模拟软件分别给4种有机磷农药分子模拟外加静电场,分析其分子的化学键键长和内部能量的变化情况。根据电磁场和电介质之间的相互作用,推导出外加脉冲电场与静电场之间的关系,得到脉冲电场对4种有机磷农药的降解原理和当化学键断裂时所需要的能量以及对应的适合脉冲电场的优化参数(脉冲强度、作用时间、脉冲个数),建立化学键的键能与脉冲电场的电场强度之间的随机模型,经过实验得出论证。这一发现从微观理论上为降解有机磷农药提供了理论基础。其主要研究内容如下：1)对电磁场理论和电介质理论进行了简单介绍并建立了点电场与外加电场之间的关系E=(1+χe)E0;2)分析了电磁场与有机磷农药之间的关系,如农药电介质存在时电场的计算等；3)对分子动力学模拟基本原理进行了简单介绍,使用materials studio软件搭建了敌敌畏、马拉硫磷、氧乐果、毒死蜱4种有机磷农药的结构模型,分析了静电场对4种有机磷农药的影响,即随着外加电场强度的增加,有机磷农药中化学键键长也随之增加,以P-O键、P-S键、C-N键、C-S键最为突出,较C-H、O-H等化学键相比更容易断裂。也正是由于这些化学键在脉冲电场下的容易断裂的性质,才给我们研究农药降解提供了很大的依据。4)运用气质联用试验验证了经过高压脉冲作用后的敌敌畏、马拉硫磷、氧乐果和毒死蜱降解后的产物与通过分子模拟软件分析化学键的断裂所生成的物质相吻合。并为我们将来选择合适的高压脉冲的场强提供了有力的理论保障。当静电场的电场强度达到0.05a.u.时,化学键吸收足够能量即将断开。通过实验研究,敌敌畏、马拉硫磷、氧乐果和毒死蜱降解率达到最大时的电场强度分别为2866.58Vμm,2889.44V/μm、 X1=2669.31V/μm、X1=2814.63V/μm即 0.0557a.u.、0.0562a.u.、0.0519a.u.、0.0547a.u。并通过试验以及数据分析论证了脉冲电场的电场强度与化学键键能以及键长之间存在相关性。
【关键词】：电磁场 静电场 有机磷 化学键
【学位授予单位】：山西农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X592
【目录】：

• 摘要7-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 引言9-10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.3 电磁场理论12-13
• 1.4 电场对液体电介质的影响13
• 1.5 分子动力学模拟软件简介及应用13-15
• 1.6 研究内容及方法15-17
• 2 脉冲电场的电磁理论17-29
• 2.1 电磁场理论17-21
• 2.1.1 电场基本理论17-19
• 2.1.2 磁场基本理论19-21
• 2.2 电介质理论21-24
• 2.2.1 基本概念及主要参数21-23
• 2.2.2 电介质的极化23-24
• 2.3 电磁场与有机磷农药电介质之间的关系24-29
• 2.3.1 农药电介质存在时电场的计算24-25
• 2.3.2 农药电介质中的电感应强度25-26
• 2.3.3 点电场与外加电场关系26-29
• 3 高压脉冲电场作用农药机理分析29-45
• 3.1 引言29
• 3.2 应用materials studio软件分析农药化学键的变化29-43
• 3.2.1 materials studio模拟简介29-30
• 3.2.2 分子动力学模拟的基本原理30-34
• 3.2.2.1 分子模拟基本算法30-32
• 3.2.2.2 力场及势能函数32-34
• 3.2.3 4种有机磷农药分子模型建立34-43
• 3.2.3.1 有机磷农药(敌敌畏、马拉硫磷、氧乐果和毒死蜱)分子模型的建立34-36
• 3.2.3.2 静电场对4种有机磷农药的影响36-43
• 3.3 结论43-45
• 4 脉冲电场降解有机磷农药的试验过程45-48
• 4.1 引言45
• 4.2 试验材料与方法45-48
• 4.2.1 试验材料及仪器45-46
• 4.2.2 试验方法与步骤46
• 4.2.3 试样气质联用full扫描46-47
• 4.2.4 降解率的测定47-48
• 5 实验分析与讨论48-66
• 5.1 敌敌畏降解结果48-51
• 5.2 马拉硫磷降解结果51-55
• 5.3 氧乐果降解结果55-58
• 5.4 毒死蜱降解结果58-61
• 5.5 化学键键能与电场强度的关系61-65
• 5.6 结论65-66
• 6 结果与讨论66-68
• 6.1 试验结果66-67
• 6.1.1 农药介质中静电场与外加电场之间的关系66
• 6.1.2 MS软件模拟4种有机磷农药在外加静电场下化学键的断裂情况66
• 6.1.3 气质联用仪试验论证了化学键断裂66-67
• 6.2 讨论67-68
• 参考文献68-73
• Abstract73-75
• 致谢75-76

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