介质阻挡放电低温等离子体降解水中呋虫胺的研究

摘要

粮食与食品经济的稳步攀升促使了现代农业的飞速发展，为人类带来前所未有的经济利益，而与之伴随的农药经济却为自然生态环境带来巨大的负担。农药工业的生产以及成品大规模喷洒使用产生的废水和废弃物已为自然环境造成了不可磨灭的破坏，其中农药废水成为备受关注的焦点问题。呋虫胺从被发明以来在农业生产上被大规模地利用，已成为烟碱类农药家族中举足轻重的组成份子。农药废水处理问题和过去比已不可同日而语，传统处理工艺难以达到目的，因而应运而生的高级氧化技术受到专家学者们的高度青睐。
　　本实验课题针对传统废水处理工艺难以解决的农药废水问题作出探讨，将新型烟碱类农药呋虫胺作为目标污染物，将改性后的二氧化钛光催化剂引入介质阻挡放电低温等离子体反应体系中，运用自主设计的辐流式反应装置，来探究呋虫胺废水在两类处理技术的协同作用下，不同条件对呋虫胺的影响。
　　利用凝胶-溶胶法制各出不同掺杂比例(0％，2％，5％，10％，15％)的镧改性二氧化钛催化剂，并进行一系列的表征:通过X射线衍射分析样品晶型;扫描电子显微镜和能量色散X射线分析样品表面分布和元素存在情况;紫外可见漫反射光谱分析样品对光的反馈吸收范围并计算出带隙能量。利用各改性二氧化钛进行呋虫胺溶液的降解处理，根据处理情况并结合表征结果，筛选出最佳掺杂比例的镧改性二氧化钛催化剂。
　　在最佳催化剂存在情况下探讨各个条件对呋虫胺降解的作用程度，例如:起始浓度、输入功率、起始pH、起始电导率、催化离子、过氧化氢和醇类抑制剂。实验结果表明:最佳的起始浓度和输入功率分别为100 mg/L和150 W;碱性环境可以很大水平上提升呋虫胺的降解程度，将pH提高至10.5时，效率可达96.8％;低电导率有利于污染物的降解处理，盐分会竞争活性自由基，抑制反应进行;Fe2+的最佳添加浓度为50mg/L，可大幅度提高降解效率(99.0％)，Cu2+的催化效果不如Fe2+理想;适量添加过氧化氢能够提高处理体系环境中HO·的含量，促进反应进行;添加异丙醇可以降低呋虫胺的降解效率，与此同时也证实了HO·在反应过程中不可替代的作用。处理呋虫胺的过程属于酸化过程，溶液pH表现为逐渐降低的趋势，最后趋于稳定;溶液电导率始终处于攀升状态，这与呋虫胺的分解有关。
　　利用高效液相色谱-质谱联用检测不同间隔呋虫胺的降解产物，根据相对分子质量以及相关参考文献推断出呋虫胺的中间产物结构，进一步推测呋虫胺在介质阻挡放电低温等离子体中的可能降解途径。
　　实验探究结果表明，利用介质阻挡放电和改性二氧化钛结合体系处理呋虫胺废水，比单一的介质阻挡放电处理效果好，体现出一定的优点，为农药废水处理的进一步发展作出一些的借鉴意义。

目录

声明

摘要

1．1 引言

1．3 国内外农药的发展与使用

1．4 农药的不利影响

1．4．1 人畜中毒

1．4．2 残留超标

1．4．3 抗药性提高

1．4．4 环境污染

1．5 农药废水的处理方法

1．5．1 生化法

1．5．2 物理法

1．5．3 化学法

1．5．4 高级氧化处理法

1．6 等离子体技术

1．6．1 定义和特征

1．6．2 产生的原理和方法

1．6．3 介质阻挡放电的应用现状

1．7 二氧化钛光催化剂

1．7．1 二氧化钛的发展

1．7．2 二氧化钛的催化机理

1．7．3 二氧化钛存在的问题

1．7．4 二氧化钛的制备

1．8 主要研究内容

1．9 创新点

2．1 引言

2．2 实验试剂与仪器

2．3 镧掺杂二氧化钛制备步骤

2．4 实验装置

2．5 分析方法

2．5．1 呋虫胺紫外-可见光吸收光谱

2．5．2 呋虫胺标准曲线

2．5．3 数据分析方法

2．6 本章小结

3．1 引言

3．2 X射线衍射(XRD)

3．3 扫描电子显微镜(SEM)和能量色散X射线(EDX)

3．4 紫外可见漫反射光谱(DRS)和带隙能量

3．5 镧掺杂对呋虫胺降解的影响

3．6 本章小结

4．1 引言

4．2 起始浓度对呋虫胺降解效率的影响

4．3 输入功率对呋虫胺降解效率的影响

4．4 起始pH对呋虫胺降解效率的影响及pH变化

4．5 起始电导率对呋虫胺降解效率的影响及电导率变化

4．6 催化离子对呋虫胺降解效率的影响

4．7 过氧化氢对呋虫胺降解效率的影响

4．8 抑制剂异丙醇对呋虫胺降解效率的影响

4．9 本章小结

5．1 引言

5．2 实验材料与仪器

5．3 呋虫胺降解质谱图分析

5．4 呋虫胺降解途径推测分析

5．5 本章小结

6．1 结论

6．2 创新点

6．3 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间论文发表情况