針對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的草甘膦(Glyphosate,GLY)污染水體問(wèn)題,本文著重研制性能優(yōu)良的鐵基石墨烯復(fù)合材料,構(gòu)筑高效的吸附和氧化體系用于GLY污染水體修復(fù),并探究復(fù)合材料去除GLY的性能及其催化活化過(guò)硫酸鈉(Na_2S_2O_8)氧化降解GLY的過(guò)程機(jī)理,主要包括以下內(nèi)容:1.制備易分離、吸附性能優(yōu)異的磁性還原石墨烯(rGO-Fe_3O_4)復(fù)合材料,用于開(kāi)展其對(duì)GLY的靜態(tài)吸附批實(shí)驗(yàn),通過(guò)考察pH、反應(yīng)時(shí)間、溫度、離子強(qiáng)度、GLY初始濃度等影響因素,探討rGO-Fe_3O_4對(duì)GLY的去除效率,并結(jié)合掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線能量色散光譜儀(EDS)、傅里葉變換紅外光譜儀(FTIR)、X射線光電子能譜儀(XPS)等表征手段分析修復(fù)機(jī)理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:升高GLY初始濃度,復(fù)合材料對(duì)GLY的吸附量增加;酸性條件更利于GLY污染水體的修復(fù);rGO-Fe_3O_4吸附GLY的過(guò)程為單分子層吸附且由化學(xué)吸附控制,反應(yīng)易于發(fā)生;此外,當(dāng)溫度由298K升至328K時(shí),△H0,△G0,表明該反應(yīng)是自發(fā)進(jìn)行的吸熱反應(yīng),即升溫有利于吸附;rGO-Fe_3O_4吸附GLY的機(jī)理主要包含氫鍵作用、靜電作用和配位作用等,這些作用力極大促進(jìn)了反應(yīng)的進(jìn)行。2.采用共沉積法制備rGO-Fe_3O_4-玻璃珠復(fù)合材料并開(kāi)展其對(duì)GLY的動(dòng)態(tài)吸附柱實(shí)驗(yàn),通過(guò)考察GLY初始濃度、pH、流速、柱高等因素對(duì)穿透過(guò)程的影響,研究復(fù)合材料對(duì)GLY的動(dòng)態(tài)吸附性能,并結(jié)合SEM、EDS、XPS、全自動(dòng)比表面及孔隙度分析儀等表征手段及Thomas、Yoon-Nelson和Yan等吸附模型分析反應(yīng)機(jī)理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在GLY初始濃度為40mg/L,有效柱高為1.2cm,pH為4,流速為0.5ml/min,溫度為298K的工藝條件下,復(fù)合材料動(dòng)態(tài)吸附GLY的效果最佳;此外,Thomas、Yoon-Nelson和Yan模型均可較好地描述該材料對(duì)GLY的動(dòng)態(tài)吸附行為,但運(yùn)用Yan模型擬合準(zhǔn)確度更高。3.采取水熱法制備三維石墨烯及其復(fù)合材料(3D-rGO和3D-rGO-Fe_3O_4)并開(kāi)展2種催化劑活化Na_2S_2O_8氧化降解GLY的靜態(tài)批實(shí)驗(yàn),通過(guò)考察Fe-C比例、pH、氧化劑投加量、溫度、共存離子及材料重復(fù)性等影響因素,探究催化劑活化Na_2S_2O_8氧化降解GLY的性能,并結(jié)合SEM、XPS、FTIR、全自動(dòng)比表面及孔隙度分析儀、電子順磁共振波譜儀(EPR)等表征技術(shù)分析降解機(jī)理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:3D-rGO-Fe_3O_4復(fù)合催化劑穩(wěn)定性良好;隨著溫度升高,GLY降解率增加;當(dāng)GLY初始濃度為30mg/L,轉(zhuǎn)速為110rpm,石墨烯與FeSO_4·7H_2O質(zhì)量配比為1:7,pH為4,Na_2S_2O_8質(zhì)量為48mg,溫度為298K時(shí),3D-rGO-Fe_3O_4復(fù)合催化劑活化Na_2S_2O_8降解GLY的性能良好,其中GLY降解率為96.8%,速率常數(shù)為2.1×10~3min~(-1),降解半衰期為330.07min,相關(guān)系數(shù)R~2為0.994,且該降解過(guò)程能較好地符合準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型。此外,共存離子因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,Cl~-、NO_3~-、Mn~(2+)、Zn~(2+)、Mg~(2+)、CO_3~(2-)均對(duì)GLY降解過(guò)程產(chǎn)生一定的抑制作用。
【學(xué)位單位】：沈陽(yáng)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：X52
【部分圖文】：

有機(jī)磷類(lèi)合成性除草劑，廣泛應(yīng)用于農(nóng)田和非農(nóng)田雜草的防治。然而，據(jù)報(bào)道，GLY 在生產(chǎn)、使用過(guò)程中可通過(guò)徑流、排污、揮發(fā)等途徑進(jìn)入到土壤、水體、大氣和植物等不同環(huán)境區(qū)域中，并影響環(huán)境質(zhì)量、生物及人類(lèi)健康[2]。此外，某農(nóng)藥廠生產(chǎn)數(shù)據(jù)顯示，每產(chǎn)出 1 噸 GLY，會(huì)相應(yīng)排出 5 倍含量的高毒性廢水[3]。因此，有必要對(duì) GLY 生產(chǎn)及使用過(guò)程中造成的負(fù)面影響給予一定關(guān)注，并采取有效措施凈化處理環(huán)境中殘留的 GLY。1.1 草甘膦物化性質(zhì)及在水-土環(huán)境中的行為GLY 純品為非揮發(fā)性白色固體，在水中溶解度較高（298K 時(shí)溶解度為 12g/L）但難溶于無(wú)水乙醇、丙酮、乙醚、苯等有機(jī)溶劑。GLY 是一種有機(jī)酸，分子結(jié)構(gòu)式如圖 1.1 所示；具有強(qiáng)極性，在水中能強(qiáng)烈電離出磷酸基團(tuán)（-PO(OH)2），仲胺基團(tuán)（-NH2）和羧酸基團(tuán)（-COOH），其酸堿形式及酸解離平衡常數(shù)如圖 1.2。

圖 1.2 GLY 的酸堿形式及酸解離平衡常數(shù)圖Fig. 1.2 The acid–base forms of GLY and equilibrium constants of acid dissociationGLY 具有極強(qiáng)的水溶性，屬于非揮發(fā)性有機(jī)物，分子結(jié)構(gòu)中含有-PO(OH)2、-NH2、-COOH 等基團(tuán)，能夠與環(huán)境中的金屬離子如 Mn2+、Cu2+、Fe2+、Mg2+、Fe3+、Al3+等及其氧化物[4]或土壤有機(jī)質(zhì)、粘粒礦物等通過(guò)配位作用、氫鍵和離子交換等[5]發(fā)生吸附。GLY 在環(huán)境中主要存在生物降解、光解和氧化降解等降解方式，降解時(shí)間受土壤 pH、溫度、土壤有機(jī)質(zhì)及粘粒礦物含量等因素制約，降解后的產(chǎn)物主要有氨甲基膦酸(AMPA)、氨基乙酸、乙酸、PO43-、NO3-等。研究表明，GLY 和 AMPA 在土壤中均具有較強(qiáng)的持久性，半衰期分別為 20 天至 3 年不等、23 天至 958 天不等[6]，已有多個(gè)地區(qū)的土壤中檢測(cè)到 GLY 及其降解產(chǎn)物的存在。例如，7XSja S[i 8 等[7]研究發(fā)現(xiàn) Subotica、Sremski Karlovci and Erdut 等地區(qū)采集的土壤樣品中，GLY 含量分別為 0.08mg/kg，0.15mg/kg，0.20mg/kg；Lupia L 等

沈陽(yáng)大學(xué)碩士學(xué)位論文流速、柱高等因素對(duì)穿透過(guò)程的影響，研究復(fù)合材料對(duì) GLY 的動(dòng)態(tài)吸附性能，并利用 SEM、EDS、XPS、全自動(dòng)比表面及孔隙度分析儀等表征手段和 Thomas、Yoon-Nelson 和 Yan 等模型分析吸附機(jī)理；4. 開(kāi)展 3D-rGO、3D-rGO-Fe3O4催化活化 Na2S2O8氧化降解 GLY 的靜態(tài)批實(shí)驗(yàn)，通過(guò)考察不同復(fù)合材料比例、pH、氧化劑質(zhì)量、溫度、共存陰、陽(yáng)離子及材料重復(fù)性等影響因素，探究材料活化 Na2S2O8氧化降解 GLY 的性能，并利用 SEM、XPS、FTIR、全自動(dòng)比表面及孔隙度分析儀、電子順磁共振波譜儀（EPR）等表征方式分析修復(fù)機(jī)理。（2）研究技術(shù)路線
【參考文獻(xiàn)】

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10 趙樹(shù)躍;李書(shū)清;杜麗新;李鳳蓮;;草甘膦中毒血液紫外分光光度法測(cè)定[J];標(biāo)記免疫分析與臨床;2014年03期

本文編號(hào)：2863917