基本信息
- 項目名稱：
- 磺化β-環(huán)糊精催化降解有機農(nóng)藥的應用研究
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 自然科學類學術論文
- 簡介：
- 本實驗采用經(jīng)磺化改性的β-環(huán)糊精，采用自行設計光催化降解裝置，在紫外可見分光光度法的基礎上，提出了一種用光催化降解有機磷農(nóng)藥的實驗方法。分析了光照、反應時間、濃度等因素對光催化降解的影響。實驗結果表明：加入40g/L的磺化β-環(huán)糊精能夠使久效磷的光降解速率提高3.01倍，使樂果的光降解速率提高2.23倍。光催化降解效果主要是由于磺化β-環(huán)糊精與有機磷農(nóng)藥形成包絡物引起的。
- 詳細介紹：
- 我國是農(nóng)業(yè)大國，每年有超過20萬噸的農(nóng)藥施灑于農(nóng)田之中，其中大部分被土壤吸附或進入水體和空氣中，其自然降解過程往往較為緩慢，導致農(nóng)藥在環(huán)境中的積累、殘留，對水體、土壤等環(huán)境造成了嚴重污染，受污染的農(nóng)業(yè)產(chǎn)品也嚴重威脅著人民群眾的飲食安全。據(jù)報道，我國每年因農(nóng)藥中毒人數(shù)有10萬人之眾，致死率約20%。因此，開發(fā)研制一種能夠有效促進農(nóng)藥降解的環(huán)境友好材料已成為一個亟待解決的課題。 環(huán)糊精(CD) 是由環(huán)糊精葡萄糖基轉移酶(CGT)作用于淀粉產(chǎn)生的一組環(huán)狀低聚糖，具有″內(nèi)疏水、外親水″的特殊分子結構。其特殊的疏水性空腔可以包絡尺寸大小合適的有機物分子，外側親水性的羥基對重金屬離子具有螯合作用。環(huán)糊精的這種特殊的選擇性包絡作用即分子識別作用，其結果是形成主客體包絡物（Host-Guest Complex）。常見的環(huán)糊精主要有α,β和γ三種，其中又以β-環(huán)糊精(β-CD)最為常用而且價廉。 改性環(huán)糊精（modified cyclodextrin）又稱為環(huán)糊精衍生物（cyclodextrin derivatives）是指在環(huán)糊精大環(huán)基本骨架不變情況下引入修飾基團，得到具有不同性質或功能的產(chǎn)物，具有比母體環(huán)糊精更優(yōu)良的特性，能解決需多技術難題。 隨著對環(huán)糊精研究的不斷深入，部分學者發(fā)表了有關環(huán)糊精衍生物快速降解環(huán)境中殘留農(nóng)藥的研究：曾清如等報道了甲基-β-環(huán)糊精（MCD）和羥丙基-β-環(huán)糊精（HPCD）對甲基對硫磷的光降解催化作用。李莉等研究了HPCD對三氟氯氰菊酯的增溶和光催化降解作用，表明HPCD對三氟氯氰菊酯的光敏效率隨光照時間延長而呈正相關。Kamiya等研究了在腐殖水中環(huán)糊精對有機磷農(nóng)藥的光降解作用，表明環(huán)糊精對農(nóng)藥的光降解作用取決于腐殖水中自由基的產(chǎn)生和環(huán)糊精空腔的大小。 久效磷和樂果都屬于有機磷農(nóng)藥，近年來主要作為速效光譜殺蟲劑而被廣泛使用，造成水體、土壤和農(nóng)副產(chǎn)品的污染，給人民生活環(huán)境和飲食安全造成很大的危害。 目前關于磺化β-環(huán)糊精對農(nóng)藥的催化降解作用并沒有相關報道。鑒于此，本課題探索性研究了磺化β-環(huán)糊精對水中有機磷農(nóng)藥的催化降解作用，研究結果發(fā)現(xiàn)磺化β-環(huán)糊精能夠有效的促進有機磷農(nóng)藥的光降解速率。此實驗方法操作簡單、造價低，對農(nóng)藥促降解效果好，這為減少農(nóng)藥對環(huán)境的污染和相關食品添加劑的研制提供了一種新思路，具有一定的研究價值和應用前景。
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 目的： 基于近年里農(nóng)藥、殺蟲劑的大量使用造成了水體環(huán)境的嚴重污染，危及人民群眾的飲食安全，本課題目的是制備一種環(huán)境友好材料，通過光催化降解的方式去除農(nóng)藥殘留，為農(nóng)藥廢水處理、受農(nóng)藥污染的土壤凈化和治理，食品添加劑的研制作一些探索。 基本思路：以β-環(huán)糊精和濃硫酸為原料，制得β-環(huán)糊精的衍生物—磺化β-環(huán)糊精?？疾旎腔?環(huán)糊精對有機磷農(nóng)藥光降解作用的影響。
科學性、先進性及獨特之處
- 本課題的創(chuàng)新之處在于創(chuàng)造性的將磺化β-環(huán)糊精應用于有機磷農(nóng)藥的光催化降解，此方向在國內(nèi)報道較少。 在實驗室里成功合成了β-環(huán)糊精的衍生物—磺化β-環(huán)糊精，磺化β-環(huán)糊精具有比β-環(huán)糊精更加優(yōu)良的特性，能夠有效促進有機磷農(nóng)藥的的光降解作用，實驗表明：用濃度為40g/L的磺化β-環(huán)糊精處理的久效磷和樂果，其光降解速率分別提高3.01倍和2.23倍。
應用價值和現(xiàn)實意義
- 此實驗方法簡單且造價低，并且能夠有效提高有機磷農(nóng)藥的光降解速率，即迅速減少農(nóng)藥在環(huán)境中的殘留濃度和殘留時間，使之達到環(huán)境標準，從而減少了其對人體和環(huán)境的危害，這為減少農(nóng)藥對環(huán)境的污染、農(nóng)業(yè)廢水和受農(nóng)藥污染土壤的治理以及食品添加劑的生產(chǎn)等方面提供了一種新思路，具有一定的研究價值和應用前景。
學術論文摘要
- 摘要：環(huán)糊精作為一種環(huán)境友好材料近年來被廣泛應用于水處理、受污染土壤的治理和恢復，能夠對有機污染物產(chǎn)生降解作用。對環(huán)糊精的結構修飾能夠提高其溶解度，并且改變其空間結構，產(chǎn)生一些和環(huán)糊精本體不同的化學性質。久效磷和樂果作為有機磷農(nóng)藥被廣泛使用,給人民生活環(huán)境和飲食安全造成很大的危害，研究新的環(huán)境友好材料催化降解有機磷農(nóng)藥是當前的比較新穎的研究方向。本課題就是基于以上問題開展的研究工作。本實驗采用經(jīng)磺化改性的β-環(huán)糊精，采用自行設計光催化降解裝置，在紫外可見分光光度法的基礎上，提出了一種用光催化降解有機磷農(nóng)藥的實驗方法。分析了光照、反應時間、濃度等因素對光催化降解的影響。實驗結果表明：加入40g/L的磺化β-環(huán)糊精能夠使久效磷的光降解速率提高3.01倍，使樂果光降解速率提高2.23倍。光催化降解效果主要是由于磺化β-環(huán)糊精與有機磷農(nóng)藥形成包絡物引起的。 關鍵詞：β-環(huán)糊精;磺化改性;有機磷農(nóng)藥;光催化降解;包絡
獲獎情況
- Research of photocatalytic degration of pesticide with sulfonated β-cyclodextrin.環(huán)境生物技術與材料工程學術會議（EBME2011）
鑒定結果
- 無
參考文獻
- [1] 張慧容，彭浩，賀紅武.環(huán)糊精在農(nóng)藥中的研究及應用[J].農(nóng)藥.2008.6(6) [2] 曾清如，羅躍初，劉嫦娥，等.兩種高水溶性β-環(huán)糊精衍生物對甲基對硫磷的增溶和光催化降解作用[J].農(nóng)藥學學報，2003. [3] 李莉，趙樺萍，趙立杰，等.羥丙級-β-環(huán)糊精對三伏氯氰菊酯的增溶和光催化降解作用[J].齊齊哈爾大學學報，2010.11（6） [4] Kamiya M,Kameyama K,Ishiwata S.Effects of Cyclodextrins on Photodegradation of Organophosphorus Pesticides in Humic Water[J].Chemosphere,2001,42:251-255 [5]V.Chatain,K.Hanna,C.de Brauer,R,Bayard.Enhance solubillzation of arsenic and 2,3,4,6 tetrachlorophenol from soils by a cyclodextrin derivatrive[J].Chemosphere,2004.
同類課題研究水平概述
- 曾清如等報道了甲基-β-環(huán)糊精（MCD）和羥丙基-β-環(huán)糊精（HPCD）對甲基對硫磷的光降解催化作用。 李莉等研究了HPCD對三氟氯氰菊酯的增溶和光催化降解作用，表明HPCD對三氟氯氰菊酯的光敏效率隨光照時間延長而呈正相關。 湯燦等研究了HPCD對農(nóng)藥的增溶效果和光解的影響比β-環(huán)糊精更顯著。 Kamiya等研究了在腐殖水中環(huán)糊精對有機磷農(nóng)藥的光降解作用，表明環(huán)糊精對農(nóng)藥的光降解作用取決于腐殖水中自由基的產(chǎn)生和環(huán)糊精空腔的大小。 Ishiwata等報道了環(huán)糊精包合物對有機磷農(nóng)藥在中性水溶液中降解的催化作用，研究表明環(huán)糊精在中性介質中能提高有機磷農(nóng)藥降解的包合-催化作用，而在堿性介質中環(huán)糊精對農(nóng)藥降解有抑制-催化作用。
