大学生创新训练项目申请书2.doc

编号：哈尔滨工业大学大学生创新训练项目申请书项目名称： 铁锰复合氧化物除砷性能和效果的研究申请级别： （国家级、校级、院系级）执行时间： 负责人：学号：联系电话：电子邮箱：院系及专业：职称：联系电话：电子邮箱： 院系及专业： 哈尔滨工业大学本科生院填表日期： 2012 年 5 月 1 日项目名称：磁性纳米级铁锰复合氧化物除砷性能和效果的研究 申请经费： 元一、课题组成员：（包括项目负责人、按顺序）姓名性别所在院年级学号身份证号本人签字二、指导教师意见： 签 名： 年 月 日三、院（系）专家组意见： 组长签名： （ 盖 章 ） 年 月 日四、学校专家组意见： 批准经费： 元 组长签名： （ 盖 章 ） 年 月 日5五、立项报告1、项目简介（300-500字左右）砷对人体健康有极大的威胁，是一种原生质毒物，具有广泛的生物效应，已被美国疾病控制中心和国际癌症研究机构确定为第一类致癌物质长期饮用高砷水，会引起黑脚病、神经痛、血管损伤以及末梢神经炎锰氧化物及铁氧化物对多种无机离子及有机物有较强的吸附能力其中对砷的吸附有大量研究活性炭作为一种具有显著吸附性能，巨大比表面积，发达的孔隙结构和稳定化学性质的吸附材料广泛应用在给水处理技术中直接采用活性炭吸附除砷，其效果并不显著本研究将铁锰氧化物负载到活性炭表面，结合两者的优点，研究其对水体中五价砷的去除性能采用共沉淀法制备了新型铁锰复合氧化物吸附剂,并对其表面特性及除砷性能进行了初步研究.研究As()在水中的铁锰结核上的吸附和氧化特征，对理解水中As()的含量变化和制定有效的治理措施有至关重要的作用。2、 申请理由（包括自身/团队具备的知识和能力情况、前期准备情况等） 目前我们团队已经对砷的化学性质有了很清晰地认识，并且了解了在市政工程中水处理的一些基本 方法，对于水处理研究有很高的热情。水处理的基本流程包括过滤，沉淀和消毒。对于不同水质的污水采取不同的处理工艺。对于铁锰氧化物对水中砷的吸附能力的研究，首先我们了解了他们各自的化学性质，并且知道了他们在水中的存在形式。3、 立项背景（研究现状、趋势、研究意义等，参考文献和其他有关背景材料）3.1 砷对人体健康的影响经世界卫生组织下属的国际癌症研究所(IARC)、美国环境卫生科学研究院(NIEHS),环保局等诸多权威机构研究认定，砷是一种致癌物，可以通过呼吸道、消化道和皮肤进入人体，危害到很多系统的正常功能.目前在世界各国砷污染愈来愈严重。砷中毒可以危害人体的各个系统器官，其临床表现主要可分为以下三种:最严重的是直接导致心脑血管疾病和多种内脏癌高发病等。轻些会引发雷诺氏现象、黑皮病、色素脱失、过度角化等病症和各种炎症等;相关资料调查表明，在慢性砷中毒患者中，癌变率高达15%。在长期饮用水砷含量超过0.6 mg/L的人群中，砷中毒患病率高达47%。最新研究还表明砷的毒性在胎儿婴幼儿中表现得比成人更加强烈。3.2 研究意义 水是人类环境的重要组成部分，也是人类生存和发展的重要资源。随着生活水平的提高，人们己经越来越重视环境与健康的关系。近年来，水质中的砷污染在许多国家和地区已经发现，美国疾病控制中心(CDC)和国际癌症研究机构(IARC)己将砷确定为第一致癌物质。砷的致癌性与在体内的积累作用迫使人们更加关注饮用水的安全性，当饮水中砷浓度为0.3-1.Omg/L时，饮用后可引起人体慢性中毒1,3。为了保障人们的健康，世界卫生组织(WHO)于1993年将饮用水砷卫生标准降为10留L。日本和德国也分别于1993年和1996年将饮水砷标准降为10 fig/ L，我国新的生活饮用水卫生标准(2008年7月1日实施)也将砷含量标准由50 留L降低到10留L，这为我国今后地下水饮水除砷技术提出了更高的要求19,66。因此，寻找一种除砷彻底，操作简单，成本低廉的生活和饮用水的除砷方法，对含砷废水处理和饮水净化有着现实意义，而吸附法是一种较为成熟且简单易行的废水处理技术，特别适用于量大而浓度较低的水处理体系。 本课题基于以上考虑展开实验研究，旨在开发出磁性纳米级铁锰氧化剂除砷，即满足价廉易得又满足对含砷水处理要求。为含砷水处理寻找更为经济实用的处理方法，为实际生产应用做基础研究工作，意义重大。3.3 研究现状 饮用水中砷的去除是一个世界性的课题，通常利用氧化剂将As(III)氧化为As(V)，通过吸附、混凝、共沉降等过程将其从水相中转移到固相中去除。目前国际上比较常用的方法有以下几种：混凝，吸附，离子交换，膜法，生物法等。4、项目实施方案(计划、技术路线、人员分工等)4.1实验机理：，铁锰氧化物与活性炭的复合材料有较强的吸附除As( V) 的能力 铁锰氧化物在水溶液中由于表面羟基化作用使表面具有较大的活性，在一定介质条件下表面发生离子化或电离化，从而导致可变电荷的出现 砷酸H3AsO4的pKa1 = 2. 24，pKa2 = 6. 76，pKa3 = 11 60 当2. 24 pH 6. 76 时，溶液中As( V) 的主要形态为H2AsO4而负载铁锰氧化物的活性炭表面的零点电荷分别是6 和6. 7，因此pH 小于吸附材料表面的零点电荷时，吸附材料表面带有正电荷，此时有利于吸附水中的阴离子砷 两者主要是通过静电作用吸附砷 同时，在碱性条件下对As( V) 的吸附仍然存在，主要是通过配位络合吸附作用13 14 由此可推测，FM GAC 对砷的吸附应是静电吸附与配位络合吸附共同作用的结果 其中，FM GAC 2 吸附As( V) 的能力大于FM GAC 1，这主要受两者表面的酸碱基团所影响，表面带有较多的碱性基团的FM GAC 2较FM GAC 1 更易吸附水中的砷酸根离子4.2实验试剂：铁锰氧化物、砷化物4.3铁锰复合氧化物吸附剂的制备4.4静态吸附实验4.5 整理数据，并对数据进行处理，用matlab对数据进行拟合，最终确定结论。5、项目特色与创新 本课题的特色在于，通过对铁锰复合物的制作，改变锰在铁表面的复合比例以及厚度，以及对纳米材料孔径大小的控制，确定清除水中砷离子效率最高的铁锰复合物中铁与锰的比例大小，从而应用到实际 生产中，达到节约成本，提高效率的作用。6、 进度安排6.1 立项成功后，首先深入了解目前国内水处理过程中除砷的方法以及优缺点，明确研究的方向和 预计要解决的主要问题。6.2针对研究要解决的主要问题查找资料，讨论解决方案，并且与指导老师讨论方案的可行性。6.3设计实验，实施方案，对实验的效果进行评价，分析实验的成败。6.4形成研究报告。7、 中期及结题预期目标（即中检和结题时考核的依据，比如论文级别、专利、设计、产品、服务等）中期考核依据：对铁锰氧化物对水中砷的吸附能力有明确的认识