辉光放电电解等离子体中活性成分的诊断及应用基础研究

摘要

本文用光谱法研究了辉光放电电解等离子体(GDEP)技术的活性成分、电子温度、电子密度等，并将 GDEP应用到溶液中重金属元素的检测和水凝胶的引发合成中。考察了水凝胶的溶胀性能和染料吸附性能，为 GDEP在环境监测、农林园艺、污水净化及生物医药等领域的应用提供依据。本论文分为五章：
　　第一章：主要介绍了等离子体的分类和产生方法；辉光放电电解等离子体的概念、发展和应用；水凝胶的制备方法和应用；本论文研究内容、意义、创新和不足。
　　第二章：用发射光谱法研究了辉光放电电解等离子体过程中的光谱特性和活性成分。考察了硫酸钠溶液中放电产生的各种自由基以及放电电压对各种自由基发射光谱强度的影响，探讨了不同介质中电子温度和密度随放电电压的变化趋势。结果表明，辉光放电电解会产生大量的HO˙、O˙和H˙等自由基，这些自由基的发射光谱强度随放电电压的升高而增强；在盐溶液中放电时，等离子体电子温度随电压升高而降低；然而在酸溶液中放电时，电子温度随电压升高而升高。并且，无论在盐溶液还是酸溶液中放电，等离子体电子密度都随电压的升高而降低。
　　第三章：基于电解液阴极放电原子发射光谱技术(ELCAD-AES)的原理及特点，通过改进放电装置，建立了一种新的辉光放电电解原子发射光谱(GDEP-AES)测量溶液中Cd元素的方法。探索了放电电压和Cd浓度对放电稳定性、光谱信号强度、测定灵敏度和检出限的影响。结果表明，当放电电压从600 V升高到720 V时，电子温度从2000 K升高到3300 K，电子密度从2.47×1016 cm-3下降到1.77×1016 cm-3，Cd的发射光谱强度增强，灵敏度升高，检出限位于2.95～1.22 mg/L。辉光放电发射光谱法检测水中金属离子具有放电设备小型、能量消耗低、放电稳定性高、背景光谱干扰小和灵敏度高等优点。
　　第四章：在水溶液中，以坡缕石(PGS)、聚乙二醇(PEG)和丙烯酸(AA)为原料，N,N'-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂，用GDEP引发一步制备坡缕石/聚乙二醇/丙烯酸(PGS/PEG/AA)水凝胶。采用红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对凝胶的结构和形貌进行了表征。研究了其对阳离子型染料结晶紫(CV)、亚甲基蓝(MB)、孔雀石绿(MG)和罗丹明 B(RB)的吸附行为，考察了pH值、吸附时间对吸附性能的影响。结果表明，PGS、PEG和AA发生接枝共聚形成水凝胶，组分间相容性好，表面呈现褶皱和深浅不均匀的孔洞；凝胶在1000 mg/L阳离子染料中吸附的最佳pH为6.2左右，吸附时间为3 h，吸附动力学符合准二级模型，染料MG，MB，RB和CV的最大吸附量分别为507.2,1798.3,311.2,1184.6 mg/g,同时探讨了可能的吸附机理。
　　第五章：在水溶液中，用 GDEP引发合成了坡缕石/(2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸-co-丙烯酰胺)(PGS/(AMPS-co-AM))水凝胶。采用红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、热重分析(TG)和扫描电镜(SEM)对凝胶的结构、热稳定性和形貌进行了表征。研究了该水凝胶在蒸馏水、黄河水和自来水中的溶胀行为，探讨了不同pH溶液和盐(NaCl，MgCl2和FeCl3)溶液中对凝胶溶胀量的影响以及其pH可逆开关效应，还考察了水凝胶对MB、CV和MG三种染料的吸附性能。结果表明，该水凝胶在蒸馏水中最大的平衡吸水量为654 g/g，在盐溶液中平衡吸水量由高到底为Na+> Mg2+> Fe3+，且具有较强的pH敏感性、盐敏感性和可逆溶胀-消溶胀性能，对染料的吸附符合二级动力学模型。

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西北师范大学研究生学位论文作者信息

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第一章 文献综述

1.1 等离子体分类

1.2 等离子体产生方式

1.3 辉光放电电解等离子体的产生和发展

1.4 辉光放电电解等离子体的应用

1.5 水凝胶的制备方法

1.6 水凝胶的应用

1.7 本课题提出意义

1.8 选题创新之处和不足之处

第二章 辉光放电电解等离子体的光谱诊断

2.1 实验部分

2.2 结果与讨论

2.3 小结

第三章 辉光放电电解等离子体光谱法测定溶液中的Cd 离子

3.1 实验部分

3.2 结果与讨论

3.3 小结

第四章 辉光放电电解等离子体引发制备PGS/PEG/AA 水凝胶及其对阳离子染料的吸附性能

4.1 实验部分

4.2 结构表征

4.3 PGS/PEG/AA对阳离子染料的吸附性能测试

4.4 结论

第五章 辉光放电电解等离子体引发制备PGS/(AMPS-co-AM)水凝胶及其性能测试

5.1 实验部分

5.2 结构表征

5.3 性能测定

5.4 结论

参考文献

硕士期间发表论文情况

致谢