針對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的草甘膦(Glyphosate,GLY)污染水體問題,本文著重研制性能優(yōu)良的鐵基石墨烯復合材料,構(gòu)筑高效的吸附和氧化體系用于GLY污染水體修復,并探究復合材料去除GLY的性能及其催化活化過硫酸鈉(Na_2S_2O_8)氧化降解GLY的過程機理,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)復合材料,用于開展其對GLY的靜態(tài)吸附批實驗,通過考察pH、反應時間、溫度、離子強度、GLY初始濃度等影響因素,探討rGO-Fe_3O_4對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機理。實驗結(jié)果表明:升高GLY初始濃度,復合材料對GLY的吸附量增加;酸性條件更利于GLY污染水體的修復;rGO-Fe_3O_4吸附GLY的過程為單分子層吸附且由化學吸附控制,反應易于發(fā)生;此外,當溫度由298K升至328K時,△H0,△G0,表明該反應是自發(fā)進行的吸熱反應,即升溫有利于吸附;rGO-Fe_3O_4吸附GLY的機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了反應的進行。2.采用共沉積法制備rGO-Fe_3O_4-玻璃珠復合材料并開展其對GLY的動態(tài)吸附柱實驗,通過考察GLY初始濃度、pH、流速、柱高等因素對穿透過程的影響,研究復合材料對GLY的動態(tài)吸附性能,并結(jié)合SEM、EDS、XPS、全自動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機理。實驗結(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,復合材料動態(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GLY的動態(tài)吸附行為,但運用Yan模型擬合準確度更高。3.采取水熱法制備三維石墨烯及其復合材料(3D-rGO和3D-rGO-Fe_3O_4)并開展2種催化劑活化Na_2S_2O_8氧化降解GLY的靜態(tài)批實驗,通過考察Fe-C比例、pH、氧化劑投加量、溫度、共存離子及材料重復性等影響因素,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)分析降解機理。實驗結(jié)果表明:3D-rGO-Fe_3O_4復合催化劑穩(wěn)定性良好;隨著溫度升高,GLY降解率增加;當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,3D-rGO-Fe_3O_4復合催化劑活化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,且該降解過程能較好地符合準一級動力學模型。此外,共存離子因素實驗結(jié)果表明,Cl~-、NO_3~-、Mn~(2+)、Zn~(2+)、Mg~(2+)、CO_3~(2-)均對GLY降解過程產(chǎn)生一定的抑制作用。
【學位單位】：沈陽大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：X52
【部分圖文】：

有機磷類合成性除草劑，廣泛應用于農(nóng)田和非農(nóng)田雜草的防治。然而，據(jù)報道，GLY 在生產(chǎn)、使用過程中可通過徑流、排污、揮發(fā)等途徑進入到土壤、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，會相應排出 5 倍含量的高毒性廢水[3]。因此，有必要對 GLY 生產(chǎn)及使用過程中造成的負面影響給予一定關(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 時溶解度為 12g/L）但難溶于無水乙醇、丙酮、乙醚、苯等有機溶劑。GLY 是一種有機酸，分子結(jié)構(gòu)式如圖 1.1 所示；具有強極性，在水中能強烈電離出磷酸基團（-PO(OH)2），仲胺基團（-NH2）和羧酸基團（-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 具有極強的水溶性，屬于非揮發(fā)性有機物，分子結(jié)構(gòu)中含有-PO(OH)2、-NH2、-COOH 等基團，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]或土壤有機質(zhì)、粘粒礦物等通過配位作用、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，降解時間受土壤 pH、溫度、土壤有機質(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]，已有多個地區(qū)的土壤中檢測到 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

沈陽大學碩士學位論文流速、柱高等因素對穿透過程的影響，研究復合材料對 GLY 的動態(tài)吸附性能，并利用 SEM、EDS、XPS、全自動比表面及孔隙度分析儀等表征手段和 Thomas、Yoon-Nelson 和 Yan 等模型分析吸附機理；4. 開展 3D-rGO、3D-rGO-Fe3O4催化活化 Na2S2O8氧化降解 GLY 的靜態(tài)批實驗，通過考察不同復合材料比例、pH、氧化劑質(zhì)量、溫度、共存陰、陽離子及材料重復性等影響因素，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機理。（2）研究技術(shù)路線
【參考文獻】

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2 史建華;劉智俊;陸錦天;李住;楊茜;;草甘膦對中華絨螯蟹幼蟹的毒性影響[J];水產(chǎn)科技情報;2015年05期

3 王玉姣;田明偉;王東;曲麗君;朱士鳳;;氧化石墨烯-殼聚糖纖維制備及其對染料吸附性能[J];合成纖維;2015年08期

4 劉拉平;武瑜;王玉堂;張曉榮;劉朝霞;李愛華;;柱前衍生高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法測定土壤中草甘膦及其主要代謝物氨甲基膦酸[J];農(nóng)藥學學報;2015年04期

5 張莉;陳亮;劉菲;;快速分光光度法同步測定地下水中赤霉素和草甘膦的相互影響[J];光譜學與光譜分析;2015年04期

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7 汪建德;彭同江;孫紅娟;侯云丹;;三維還原氧化石墨烯的制備及超級電容性能[J];人工晶體學報;2015年01期

8 汪建德;彭同江;孫紅娟;侯云丹;;水熱反應溫度對三維還原氧化石墨烯的形貌、結(jié)構(gòu)和超級電容性能的影響[J];物理化學學報;2014年11期

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10 趙樹躍;李書清;杜麗新;李鳳蓮;;草甘膦中毒血液紫外分光光度法測定[J];標記免疫分析與臨床;2014年03期

本文編號：2863917