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掺杂纳米二氧化钛光催化抑杀蓝藻生长的研究

发布时间:2023-04-12 00:01
  水体富营养化,导致滇池蓝藻生长泛滥,恶化了滇池水域,严重影响了滇池的旅游景观。迄今为止,为治理滇池蓝藻,国家已投入大量资金,使用过物理、化学、生物等方法进行治理或抑制滇池蓝藻生长;从应用的效果看,这些方法都有一定的作用,但尚不能彻底解决滇池的蓝藻问题。 近年来,大量文献对以纳米二氧化钛作为光催化剂矿化有机污染物为CO2和H2O、杀灭细菌和病毒等进行了报道。纳米二氧化钛作为光催化剂,除了有较高的光催化活性、微粒简便易得、成本低廉、原料丰富外,其化学稳定性好、无毒、使用后不会产生有害的化学物质。目前,纳米二氧化钛应用于治理或抑制滇池蓝藻(又名蓝细菌)生长的实验尚未见报道。 本文尝试用改性纳米二氧化钛进行抑杀滇池蓝藻的生长。首先采用溶胶-凝胶法,通过水解钛酸正丁酯制备纳米二氧化钛;用合成的纳米二氧化钛分别在高压汞灯、紫外灯和太阳光照射下,对取自滇池的蓝藻进行了各种条件下的抑杀试验研究,为合成改性纳米二氧化钛及其应用奠定了基础。此外,在水解钛酸正丁酯过程中,根据实验的要求,分别加入不同比例的掺杂组分的前驱体:Fe(NO3)

【文章页数】:158 页

【学位级别】:博士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 半导体光催化的机理
        1.1.1 二氧化钛半导体粒子的能带结构分析
        1.1.2 半导体光催化的机理
    1.2 二氧化钛纳米粒子的制备
    1.3 半导体光催化的应用
        1.3.1 气相污染物的光催化降解
        1.3.2 液相污染物的光催化降解
        1.3.3 光催化杀灭水体中的微生物
    1.4 蓝藻的起源与特征
    1.5 蓝藻污染的治理及存在的问题
        1.5.1 蓝藻污染的治理方法
            1.5.1.1 物理法
            1.5.1.2 化学法
            1.5.1.3 生物方法
        1.5.2 治理蓝藻污染存在的问题
    1.6 滇池蓝藻的污染现状及对策
    1.7 论文研究的目的、意义及主要内容
        1.7.1 论文研究的目的及意义
        1.7.2 论文研究的内容
第二章 材料与方法
    2.1 试验主要材料
        2.1.1 主要仪器
        2.1.2 主要试剂
        2.1.3 实验所用的蓝藻来源及培养
    2.2 纳米TiO2抑制蓝藻生长的实验方法
        2.2.1 纳米TiO2的制备
            2.2.1.1 制备原理
            2.2.1.2 制备过程及条件控制
        2.2.2 纳米二氧化钛抑制蓝藻生长的实验设计
    2.3 掺杂纳米二氧化钛复合半导体抑制蓝藻生长的实验方法
        2.3.1 改性纳米二氧化钛复合半导体的制备
        2.3.2 掺杂纳米二氧化钛复合半导体抑制蓝藻生长的实验方法
    2.4 稀土掺杂纳米二氧化钛抑制蓝藻生长的实验方法
        2.4.1 稀土掺杂纳米二氧化钛的制备
        2.4.2 稀土改性纳米二氧化钛抑制蓝藻生长的实验方法
    2.5 活性炭改性纳米二氧化钛抑制蓝藻生长的实验方法
        2.5.1 活性炭改性纳米二氧化钛材料的制备
        2.5.2 活性炭改性纳米二氧化钛抑制蓝藻生长的实验方法
    2.6 贵金属掺杂纳米二氧化钛抑制蓝藻生长的实验方法
        2.6.1 贵金属掺杂纳米二氧化钛的制备
            2.6.1.1 Pd、Pt掺杂纳米二氧化钛的制备
            2.6.1.2 Ag、Ru掺杂纳米二氧化钛的制备
        2.6.2 贵金属掺杂纳米二氧化钛抑制蓝藻生长的实验方法
    2.7 不同类型的光催化剂抑制蓝藻的对比实验
        2.7.1 不同类型的光催化剂抑制蓝藻的对比实验
        2.7.2 催化剂用量不同抑制蓝藻生长的实验设计
    2.8 模拟滇池进行光催化抑制蓝藻生长的小试实验
    2.9 改性纳米TiO2样品的表征及光催化剂中贵金属含量的检测
        2.9.1 贵金属掺杂纳米二氧化钛中贵金属含量的检测
            2.9.1.1 4-(2-羟基萘酚-1-亚甲烯)-若丹宁(HNMTD)的合成
            2.9.1.2 实验条件的选择
            2.9.1.3 实验方法
            2.9.1.4 工作曲线及检测限
            2.9.1.5 样品分析
    2.10 蓝藻生理指标的测定方法
        2.10.1 叶绿素含量的测定方法
        2.10.2 氧电极法测定蓝藻的光合速率和呼吸速率
            2.10.2.1 实验原理
            2.10.2.2 测定方法
            2.10.2.3 呼吸速率测定
            2.10.2.4 光合速率测定
            2.10.2.5 结果处理
        2.10.3 超氧化物歧化酶(SOD)活性的测定(NBT法)
            2.10.3.1 测定原理
            2.10.3.2 测定方法
            2.10.3.3 测定结果处理
        2.10.4 考马斯亮蓝G-250染色法测定蓝藻中蛋白质的含量
            2.10.4.1 测定原理
            2.10.4.2 测定方法
            2.10.4.3 样品的测定
            2.10.4.4 测定结果处理
        2.10.5 贵金属掺杂纳米二氧化钛抑制蓝藻的超氧自由基的测定
            2.10.5.1 测定原理
            2.10.5.2 NaNO2浓度的控制测定
            2.10.5.3 实验方法
            2.10.5.4 测定结果处理
        2.10.6 贵金属掺杂纳米二氧化钛对蓝藻过氧化氢含量影响的测定
            2.10.6.1 测定原理
            2.10.6.2 溶液的配制
            2.10.6.3 H2O2标准曲线的制作
            2.10.6.4 实验方法
        2.10.7 微囊藻毒的测定
    2.11 小结
第三章 结果与分析
    3.1 纳米TiO2抑制蓝藻的结果与分析
        3.1.1 纳米TiO2的XRD分析
        3.1.2 纳米TiO2的TEM分析
        3.1.3 纳米TiO2的XPS分析
        3.1.4 纳米TiO2的DSC-TG分析
        3.1.5 纳米TiO2的UV-Vis漫反射(DSR)光谱分析
        3.1.6 纳米TiO2的FT-IR光谱分析
        3.1.7 纳米TiO2对蓝藻试验样品的外观变化的影响分析
        3.1.8 纳米TiO2对蓝藻的叶绿素含量的影响分析
        3.1.9 纳米TiO2对三组实验样品的光合速率、呼吸速率的影响
        3.1.10 小结
    3.2 纳米TiO2掺杂复合半导体抑制蓝藻的结果与分析
        3.2.1 Fe2O3掺杂纳米TiO2抑制蓝藻的结果与分析
            3.2.1.1 Fe2O3掺杂纳米TiO2的DSC-TGA分析
            3.2.1.2 Fe2O3掺杂纳米TiO2的XRD分析
            3.2.1.3 Fe2O3掺杂纳米TiO2的TEM分析
            3.2.1.4 Fe2O3掺杂纳米TiO2的XPS分析
            3.2.1.5 Fe2O3掺杂纳米TiO2对蓝藻的外观变化影响
            3.2.1.6 Fe2O3掺杂纳米TiO2对蓝藻的叶绿素含量的影响
            3.2.1.7 Fe2O3掺杂纳米TiO2对蓝藻的光合速率和呼吸速率的影响
            3.2.1.8 Fe2O3掺杂纳米TiO2对蓝藻的SOD含量的影响
        3.2.2 ZnO掺杂纳米TiO2抑制蓝藻的结果与分析
            3.2.2.1 ZnO掺杂纳米TiO2的XRD分析
            3.2.2.2 ZnO掺杂纳米TiO2的TEM分析
            3.2.2.3 ZnO掺杂纳米TiO2对蓝藻的外观变化影响分析
            3.2.2.4 ZnO掺杂纳米TiO2对蓝藻的叶绿素含量的影响
            3.2.2.5 ZnO掺杂纳米TiO2对蓝藻的光合速率和呼吸速率的影响
            3.2.2.6 ZnO掺杂纳米TiO2对蓝藻的SOD含量的影响
        3.2.3 WO3掺杂纳米TiO2抑制蓝藻的结果与分析
            3.2.3.1 WO3掺杂纳米TiO2的DGC-TGA分析
            3.2.3.2 WO3掺杂纳米TiO2的XRD分析
            3.2.3.3 WO3掺杂纳米TiO2的TEM分析
            3.2.3.4 WO3掺杂纳米TiO2对蓝藻的外观变化影响分析
            3.2.3.5 WO3掺杂纳米TiO2对蓝藻的叶绿素含量的影响分析
            3.2.3.6 WO3掺杂纳米TiO2对蓝藻的光合速率和呼吸速率的影响
            3.2.3.7 WO3掺杂纳米TiO2对蓝藻的SOD含量的影响
        3.2.4 小结
    3.3 稀土掺杂纳米TiO2抑制蓝藻的结果与分析
        3.3.1 稀土掺杂纳米TiO2材料的DSC—TGA分析
        3.3.2 稀土掺杂纳米TiO2材料的XRD分析
        3.3.3 稀土掺杂纳米TiO2材料的TEM分析
        3.3.4 稀土掺杂纳米TiO2对蓝藻的外观变化影响
        3.3.5 稀土掺杂纳米TiO2对蓝藻的叶绿素含量的影响
        3.3.6 稀土掺杂纳米TiO2对蓝藻的光合速率和呼吸速率的影响
        3.3.7 小结
    3.4 活性炭改性纳米TiO2抑制蓝藻的结果与分析
        3.4.1 纳米TiO2材料的XRD分析
        3.4.2 活性炭改性纳米TiO2材料的TEM分析
        3.4.3 活性炭改陛纳米二氧化钛对蓝藻的外观变化影响
        3.4.4 活性碳、活性碳改性纳米TiO2对蓝藻的叶绿素含量的影响
        3.4.5 活性炭改性纳米TiO2对蓝藻的光合速率和呼吸速率的影响
        3.4.6 小结
    3.5 贵金属掺杂纳米TiO2抑制蓝藻的结果与分析
        3.5.1 贵金属掺杂纳米TiO2中贵金属含量的检测结果与分析
        3.5.2 Ru掺杂纳米TiO2抑制蓝藻的结果与分析
            3.5.2.1 Ru掺杂纳米TiO2的XRD分析
            3.5.2.2 Ru掺杂纳米TiO2的TEM分析
            3.5.2.3 Ru掺杂纳米TiO2对蓝藻的外观变化的影响分析
            3.5.2.4 Ru掺杂纳米TiO2对蓝藻的叶绿素含量的影响
            3.5.2.5 Ru掺杂纳米TiO2对蓝藻的光合速率、呼吸速率的影响
            3.5.2.6 Ru掺杂纳米TiO2对蓝藻样品中产生超氧自由基量的影响
            3.5.2.7 Ru掺杂纳米TiO2对蓝藻样品中过氧化氢量的影响
        3.5.3 Pd掺杂纳米TiO2抑制蓝藻的结果与分析
            3.5.3.1 Pd掺杂纳米TiO2的XRD分析
            3.5.3.2 Pd掺杂纳米TiO2的TEM分析
            3.5.3.3 Pd掺杂纳米TiO2对蓝藻样品的外观变化影响
            3.5.3.4 Pd掺杂纳米TiO2对蓝藻的叶绿素含量的影响分析
            3.5.3.5 Pd掺杂纳米TiO2对蓝藻的光合速率和呼吸速率的影响
            3.5.3.6 Pd掺杂纳米TiO2对不同蓝藻样品中产生超氧自由基量的影响
            3.5.3.7 Pd掺杂纳米TiO2对不同蓝藻样品中产生过氧化氢量的影响分析
            3.5.3.8 Pd掺杂纳米TiO2对蓝藻样品超氧化物岐化酶活性变化的影响
        3.5.4 Pt掺杂纳米TiO2抑制蓝藻的结果与分析
            3.5.4.1 Pt掺杂纳米TiO2的XRD分析
            3.5.4.2 Pt掺杂纳米TiO2的TEM分析
            3.5.4.3 Pt掺杂纳米TiO2对蓝藻样品的外观变化影响分析
            3.5.4.4 掺杂纳米TiO2对蓝藻的叶绿素含量的影响
            3.5.4.5 Pt掺杂纳米TiO2对蓝藻的光合速率和呼吸速率的影响
            3.5.4.6 Pt掺杂纳米TiO2对不同蓝藻样品中产生超自由基量的影响
            3.5.4.7 Pt掺杂纳米TiO2对不同蓝藻样品中产生过氧化氢量的影响
            3.5.4.8 Pt掺杂纳米TiO2对不同蓝藻样品超氧化物岐化酶变化的影响
        3.5.5 Ag掺杂纳米TiO2抑制蓝藻的结果与分析
            3.5.5.1 Ag掺杂纳米TiO2的XRD分析
            3.5.5.2 Ag掺杂纳米TiO2的TEM分析
            3.5.5.3 Ag掺杂纳米TiO2的XPS分析
            3.5.5.4 Ag掺杂纳米TiO2对蓝藻样品的外观变化的影响分析
            3.5.5.5 Ag掺杂纳米TiO2对蓝藻的叶绿素含量的影响
            3.5.5.6 Ag掺杂纳米TiO2对蓝藻的光合速率和呼吸速率的影响
            3.5.5.7 Ag掺杂纳米TiO2对蓝藻产生超氧自由基量的影响
            3.5.5.8 Ag掺杂纳米TiO2对不同蓝藻样品中产生过氧化氢量的影响
            3.5.5.9 Ag掺杂纳米TiO2对不同蓝藻样品超氧化物岐化酶变化的影响
        3.5.6 小结
    3.6 不同类型的光催化剂抑制蓝藻的对比实验结果分析
        3.6.1 不同类型的光催化剂对蓝藻的颜色变化的影响
        3.6.2 不同类型的光催化剂对蓝藻的叶绿素变化的影响分析
        3.6.3 不同类型的光催化剂对蓝藻的光合速率与呼吸速率变化的影响
        3.6.4 不同类型的光催化剂对蓝藻的超氧化物岐化酶变化的影响
        3.6.5 不同类型的光催化剂对蓝藻中超氧自由基变化的影响分析
        3.6.6 不同类型的光催化剂对蓝藻的过氧化氢含量变化的影响分析
        3.6.7 小结
    3.7 光催化剂用量不同抑制蓝藻生长的实验结果分析
    3.8 模拟滇池进行光催化抑制蓝藻生长的小试实验的结果分析
    3.9 机理与讨论
        3.9.1 改性纳米二氧化钛光催化剂提高光催化活性的机理
        3.9.2 改性纳米二氧化钛光催化剂抑制蓝藻的机理分析
第四章 结论与展望
    4.1 结论
    4.2 展望
致谢
参考文献
附录A 论文中部分词的英文缩写及注释
附录B 攻读博士期间发表的论文
附录C 攻读博士期间参加过的课题及奖励



本文编号:3790015

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