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基本信息

項(xiàng)目名稱：
磺化β-環(huán)糊精催化降解有機(jī)農(nóng)藥的應(yīng)用研究
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
本實(shí)驗(yàn)采用經(jīng)磺化改性的β-環(huán)糊精，采用自行設(shè)計(jì)光催化降解裝置，在紫外可見(jiàn)分光光度法的基礎(chǔ)上，提出了一種用光催化降解有機(jī)磷農(nóng)藥的實(shí)驗(yàn)方法。分析了光照、反應(yīng)時(shí)間、濃度等因素對(duì)光催化降解的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)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(lè)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(jī)磷農(nóng)藥形成包絡(luò)物引起的。
詳細(xì)介紹：
我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，每年有超過(guò)20萬(wàn)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(jìn)入水體和空氣中，其自然降解過(guò)程往往較為緩慢，導(dǎo)致農(nóng)藥在環(huán)境中的積累、殘留，對(duì)水體、土壤等環(huán)境造成了嚴(yán)重污染，受污染的農(nóng)業(yè)產(chǎn)品也嚴(yán)重威脅著人民群眾的飲食安全。據(jù)報(bào)道，我國(guó)每年因農(nóng)藥中毒人數(shù)有10萬(wàn)人之眾，致死率約20%。因此，開(kāi)發(fā)研制一種能夠有效促進(jìn)農(nóng)藥降解的環(huán)境友好材料已成為一個(gè)亟待解決的課題。 環(huán)糊精(CD) 是由環(huán)糊精葡萄糖基轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)。其特殊的疏水性空腔可以包絡(luò)尺寸大小合適的有機(jī)物分子，外側(cè)親水性的羥基對(duì)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(luò)作用即分子識(shí)別作用，其結(jié)果是形成主客體包絡(luò)物（Host-Guest Complex）。常見(jiàn)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(jià)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(tuán)，得到具有不同性質(zhì)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(shù)難題。 隨著對(duì)環(huán)糊精研究的不斷深入，部分學(xué)者發(fā)表了有關(guān)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(bào)道了甲基-β-環(huán)糊精（MCD）和羥丙基-β-環(huán)糊精（HPCD）對(duì)甲基對(duì)硫磷的光降解催化作用。李莉等研究了HPCD對(duì)三氟氯氰菊酯的增溶和光催化降解作用，表明HPCD對(duì)三氟氯氰菊酯的光敏效率隨光照時(shí)間延長(zhǎng)而呈正相關(guān)。Kamiya等研究了在腐殖水中環(huán)糊精對(duì)有機(jī)磷農(nóng)藥的光降解作用，表明環(huán)糊精對(duì)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(lè)果都屬于有機(jī)磷農(nóng)藥，近年來(lái)主要作為速效光譜殺蟲(chóng)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(guān)于磺化β-環(huán)糊精對(duì)農(nóng)藥的催化降解作用并沒(méi)有相關(guān)報(bào)道。鑒于此，本課題探索性研究了磺化β-環(huán)糊精對(duì)水中有機(jī)磷農(nóng)藥的催化降解作用，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)磺化β-環(huán)糊精能夠有效的促進(jìn)有機(jī)磷農(nóng)藥的光降解速率。此實(shí)驗(yàn)方法操作簡(jiǎn)單、造價(jià)低，對(duì)農(nóng)藥促降解效果好，這為減少農(nóng)藥對(duì)環(huán)境的污染和相關(guān)食品添加劑的研制提供了一種新思路，具有一定的研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用前景。

作品專業(yè)信息

撰寫(xiě)目的和基本思路

目的： 基于近年里農(nóng)藥、殺蟲(chóng)劑的大量使用造成了水體環(huán)境的嚴(yán)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(guò)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(duì)有機(jī)磷農(nóng)藥光降解作用的影響。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)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(yīng)用于有機(jī)磷農(nóng)藥的光催化降解，此方向在國(guó)內(nèi)報(bào)道較少。 在實(shí)驗(yàn)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(jìn)有機(jī)磷農(nóng)藥的的光降解作用，實(shí)驗(yàn)表明：用濃度為40g/L的磺化β-環(huán)糊精處理的久效磷和樂(lè)果，其光降解速率分別提高3.01倍和2.23倍。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

此實(shí)驗(yàn)方法簡(jiǎn)單且造價(jià)低，并且能夠有效提高有機(jī)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(shí)間，使之達(dá)到環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，從而減少了其對(duì)人體和環(huán)境的危害，這為減少農(nóng)藥對(duì)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?jī)r(jià)值和應(yīng)用前景。

學(xué)術(shù)論文摘要

摘要：環(huán)糊精作為一種環(huán)境友好材料近年來(lái)被廣泛應(yīng)用于水處理、受污染土壤的治理和恢復(fù)，能夠?qū)τ袡C(jī)污染物產(chǎn)生降解作用。對(duì)環(huán)糊精的結(jié)構(gòu)修飾能夠提高其溶解度，并且改變其空間結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生一些和環(huán)糊精本體不同的化學(xué)性質(zhì)。久效磷和樂(lè)果作為有機(jī)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(jī)磷農(nóng)藥是當(dāng)前的比較新穎的研究方向。本課題就是基于以上問(wèn)題開(kāi)展的研究工作。本實(shí)驗(yàn)采用經(jīng)磺化改性的β-環(huán)糊精，采用自行設(shè)計(jì)光催化降解裝置，在紫外可見(jiàn)分光光度法的基礎(chǔ)上，提出了一種用光催化降解有機(jī)磷農(nóng)藥的實(shí)驗(yàn)方法。分析了光照、反應(yīng)時(shí)間、濃度等因素對(duì)光催化降解的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)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(lè)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(jī)磷農(nóng)藥形成包絡(luò)物引起的。 關(guān)鍵詞：β-環(huán)糊精;磺化改性;有機(jī)磷農(nóng)藥;光催化降解;包絡(luò)

獲獎(jiǎng)情況

Research of photocatalytic degration of pesticide with sulfonated β-cyclodextrin.環(huán)境生物技術(shù)與材料工程學(xué)術(shù)會(huì)議（EBME2011）

鑒定結(jié)果

無(wú)

參考文獻(xiàn)

[1] 張慧容，彭浩，賀紅武.環(huán)糊精在農(nóng)藥中的研究及應(yīng)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(duì)甲基對(duì)硫磷的增溶和光催化降解作用[J].農(nóng)藥學(xué)學(xué)報(bào)，2003. [3] 李莉，趙樺萍，趙立杰，等.羥丙級(jí)-β-環(huán)糊精對(duì)三伏氯氰菊酯的增溶和光催化降解作用[J].齊齊哈爾大學(xué)學(xué)報(bào)，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(bào)道了甲基-β-環(huán)糊精（MCD）和羥丙基-β-環(huán)糊精（HPCD）對(duì)甲基對(duì)硫磷的光降解催化作用。 李莉等研究了HPCD對(duì)三氟氯氰菊酯的增溶和光催化降解作用，表明HPCD對(duì)三氟氯氰菊酯的光敏效率隨光照時(shí)間延長(zhǎng)而呈正相關(guān)。 湯燦等研究了HPCD對(duì)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(duì)有機(jī)磷農(nóng)藥的光降解作用，表明環(huán)糊精對(duì)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(bào)道了環(huán)糊精包合物對(duì)有機(jī)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(zhì)中能提高有機(jī)磷農(nóng)藥降解的包合-催化作用，而在堿性介質(zhì)中環(huán)糊精對(duì)農(nóng)藥降解有抑制-催化作用。
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