湖南大学生研究性学习和创新性试验计划项目结题报告项目名称.doc

湖南省大学生研究性学习和创新性实验计划项 目 结 题 报 告项目名称： 掺锌纳米二氧化钛(TiO2)对有机磷农药的光降解研究 项目编号： 2009-340 学生姓名： 周玉英 所在学校和院系： 湖南人文科技学院生命科学系 项目实施时间： 2010年3月2012年4月 指导教师: 柏连阳 金晨钟 邬腊梅 联系电话:填表日期： 2012年4月12日 湖 南 省 教 育 厅2012年制 一、基本情况项目名称掺锌纳米二氧化钛(TiO2)对有机磷农药的光降解研究立项时间2010年3月完成时间2012年4月 项目主要研究人员序号姓 名学号专业班级所在院（系）项目中的分 工1周玉英08437116生物技术0801班生命科学系数据分析、资料整理、论文撰写2胡 维08437202生物技术0801班生命科学系资料收集、试验3刘维帅07437122生物技术0701班生命科学系资料收集、试验4张梦成07437148生物技术0701班生命科学系资料收集、试验5屈双婷07437130生物技术0701班生命科学系资料收集、试验二、研究成果简介项目研究的目的、意义；研究成果的主要内容、重要观点或对策建议；成果的创新特色、实践意义和社会影响；研究成果和研究方法的特色。限定在2000字以内。项目研究的目的、理论意义、实践意义：目前，纳米TiO2的制备技术已日趋成熟，通常可分为气相法、液相法。气相法是将TiCl4等无机钛盐在高温下水解来制备纳米TiO2，具有较高活性。液相法一般是将钛的无机盐或钛的醇盐水解生成TiO2水合物，干燥，再经锻烧得到纳米TiO2。其它方法如激光盐解法、浸渍法、水热合成法、均匀沉淀法和超临界流体干燥法也可用来制备纳米TiO274。制备纳米TiO2的众多方法中，溶胶凝胶法因其设备要求低，工艺过程简单，产品具有良好的均一性、高纯度和低合成温度而成为制备纳米TiO2的粉体、薄膜和涂层的最常用方法。 采用溶胶-凝胶法制备TiO2纳米材料中，影响胶凝时间的主要因素有：溶剂、加水量与加水方式、加入的催化剂量的多少、水解温度以及pH值的范围等。成 果 内 容1溶胶凝胶法制备掺锌纳米TiO2粉体溶胶凝胶法是目前最重要的制备纳米材料方法，其最主要的物理化学过程就是金属醇盐的醇溶液向溶胶和凝胶转变所发生的水解和缩聚反应。在金属醇盐乙醇水体系中所发生的反应过程是非常复杂的。通常以金属有机醇盐为原料，通过水解与缩聚反应而制得溶胶，并进一步缩聚而得到凝胶。在以钛酸正四丁酯(Ti(OC4H9)4)为原料制备纳米TiO2时，(C16H36O4Ti)发生如下的水解缩聚反应：水解：Ti(OBu)4 + nH2O Ti(OBu)4-n(OH)n + nHOBu失水缩聚：Ti4/OH + HO4/Ti Ti-O4/Ti + H2O 失醇缩聚：Ti4/OR + HO4/Ti Ti-O4/Ti + ROH 其中，n4时，Ti(OC4H9)4与少量水发生水解反应，生成Ti(OBu)4-n(OH)4单体，如果n=4，则出现水合TiO2沉淀。在反应中需加入抑制剂，目的是为了控制Ti(OC4H9)4的水解和缩聚反应速度。均匀分散在醇中的Ti(OBu)4-n(OH)4单体发生缩聚反应，经过Ti(OBu)4-n(OH)4单体的失水和失醇缩聚，生成- Ti O- Ti- 桥氧键，并导致二维和三维网络结构的形成。结果采用溶胶-凝胶法制备TiO2纳米材料中，影响胶凝时间的主要因素有：溶剂、加水量与加水方式、加入的催化剂量的多少、水解温度以及pH值的范围等。要得到稳定溶胶并制备出纯度较高的锐钛矿型掺锌纳米TiO2粉体，可采用如下条件：1)采用缓慢滴加式加入水且最好配成水、pH调节剂及无水乙醇的混合液。2)水与钛醇盐摩尔比n取23，所成溶胶稳定，透明性好。3)乙醇与钛醇盐摩尔比m取9左右。4)pH值取45或89之间。5)水解温度取30C左右。2掺锌纳米TiO2对水果中农药毒死蜱的光催化降解研究毒死蜱标准曲线采取GC法测定，毒死蜱在10-500 mg/L范围内具有良好的线性关系，回归方程Y=30705X-377815，R2=0.9998。 水果中有机磷农药毒死蜱残留的光催化降解效果结果见图2、3，结果表明，相对于药液浸泡而未进行光照处理的苹果，未加任何纳米光降解材料的苹果中毒死蜱光照1h和5h后的自然降解率为28.2%和39.5%，而加入材料1的溶液中，光照1h和5h后的苹果中毒死蜱降解率分别为46.5%和56.4%，柰李中毒死蜱残留降解率分别为51.8%和75.7%；加入材料2的溶液中，光照1h和5h后的苹果中毒死蜱残留降解率分别为39.8%和49.3%；柰李中毒死蜱残留降解率分别为45.2%和62.5%。小结材料1 对毒死蜱的光催化降解效果优于材料2，应用本试验中二种材料，对柰李中毒死蜱的光催化降解效率高于苹果。三、项目研究总结报告预定计划执行情况，项目研究和实践情况，研究工作中取得的主要成绩和收获，研究工作有哪些不足，有哪些问题尚需深入研究，研究工作中的困难、问题和建议。（字数不限，可加页面）通过将近一年的试验研究，完成了预定试验计划的大部分内容，探究出了较理想的结果。学到了很多课堂上无法学到的知识技能，培养了坚持不懈的精神。1、从本次研究工作中，我们检索了大量文献，了解了生物学和其他交叉学科的很多知识，拓展了自己的知识面；搜索资料的能力显著提高；2、进行了大量重复试验，实验技能得到了高度提升，养成了严谨的实验习惯，治学态度更加端正。3、将理论知识应用于实践，我们分析和整理数据的能力也大大加强；4、从设计试验方案到执行预定计划的整个探究过程中，我们遇到了不少困难，但全体组员相互鼓励，并肩作战，坚持不懈，坚持将课题完成，深深体会到了团队合作的强大力量。在研究过程中，由于主客观条件的限制，我们还发现了许多不足之处，还有许多问题需要深入探讨和研究：检索查阅的资料仅限于国内，未了解到国外类似物质提取方法的研究方法与现状。在研究中的一些问题我们也给出了相关的解决方案：1）加大仪器设备投资力度，更新技术与设备；2）理工科学生应该有意识的培养自己的实践能力；3）开设一些前沿、交叉学科的选修课程； 4）加强学生与老师的交流；5）培养学生的创新意识。我们会将在这次学习、试验计划中积累的知识，将培养的独立思考能力，将学到的坚持不懈及团队精神应用于以后的学习、生活和工作中，相信我们会在以后的学习做出更好的成绩，我们人生会更精彩！四、经费使用情况经费合计12700元，其中，学校配套资助 元，学院（所）配套资助 元，其他经费 元。经费支出情况：1）实验所需用品及材料费：8000元2）分析测试费（包括药品）：2000元3）资料费、打印费：700元4）误餐、差旅费：500元5）论文审查及发表费用：1500元合计：12700元五、指导教师及学院（系）审核意见项目指导教师对结题的意见，包括对项目研究工作和研究成果的评价等。 课题组成员检索了大量的文献资料，亲自在野外采集和购买原材料，精心设计试验方案并严格执行，反复进行了大量试验，掌握了试验设计与操作方法，实验技能得到了提升，养成了严谨的实验习惯，基本按时按要求完成了任务，同意申请结题。负责人签章： 年 月 日项目主持人所在学院（系）对结题的意见，包括对项目研究工作和研究成果的评价等负责人签章： 年 月 日六、学校结题审核意见学校对项目研究的任务、目标、方法和研究成果水平等进行评价，是否结题。年 月 日附：发表论文掺锌纳米TiO2对水果中农药毒死蜱的光催化降解研究简报周玉英 胡维 邬腊梅 柏连阳 金晨钟* 屈双婷 张梦成 刘维帅(湖南人文科技学院生命科学系 湖南 娄底 417000)摘要:比较研究了2种掺锌纳米Ti02光催化剂对水果中毒死蜱的降解效率。结果表明，掺锌纳米Ti02凝胶对水果中毒死蜱的光催化降解效果估于粉体，且对柰李中的农药残留降解效率好于苹果。关键词:毒死蜱;催化剂;纳米二氧化钛毒死蜱是目前全球应用最广泛的杀虫剂之一，主要防治粮食、果树、蔬菜等植物上的多种咀嚼式和刺吸式口器害虫，为农业生产稳产、高产作出了重要贡献，但其在环境中的残留问题亦令人担忧。有研究文献报道，纳米Ti02在太阳光或人工光源照射下会产生光电子和空穴，可直接或间接地将污染物完全降解为H2O、CO2等无毒物质，为降解农药污染提供了一种新的思路和途径。本文研究了在自然光下二种掺锌纳米Ti02对毒死蜱的降解效率1材料与方法1.1仪器与试剂：掺锌纳米TiO2 1(凝胶，以下简称材料1，)，掺锌纳米TiO22(粉体，以下简称材料2，)，99%毒死蜱标样由生科系实验室提供；40%毒死蜱乳油(市售)，色谱级乙腈，乙酸乙酯；烧杯，容量瓶，高速匀浆机，具塞量筒，水浴锅，岛津气相色谱仪(GC-2010)等。1.2. 试验方法1.2.1毒死蜱标准曲线绘制将毒死蜱标准品用甲醇配置成10、100、200、300、400、500mg/L系列浓度，在气相色谱上检测其含量，以浓度为横坐标、含量（峰面积）为纵坐标绘制标准曲线。检测条件：GC-2010型气相色谱仪，FPD 检测器；色谱柱：C18，30m，0.53mm内径，脱活石英毛细管柱；载气：氮气，纯度99.99%，流速为10mL/min；燃气：氢气，纯度99.99%，流速为75mL/min；助燃气：空气，流速为100 mL/min；检测温度：进样口温度200；检测器温度250；柱温240；进样方式：分流进样，分流量20%。1.2.2 水果中有机磷农药毒死蜱残留的光催化降解1.2.2.1 试验设计将两种纳米材料分别稀释成合适浓度，各取2L于5L的大烧杯中，分别加入用毒死蜱水溶液浸泡处理的苹果和萘李；另取5L大烧杯，加入2L清水，放入药液处理的苹果和柰李，作为对照；取未用药液处理的水果作空白对照。四个处理均置于自然光条件下，1h和5h后分别取样检测。1.2.2.2 水果中毒死蜱的提取与净化水果中毒死蜱的提取：将水果样品（苹果、柰李）切成碎片，准确称取25.0g于100mL烧杯中，加入乙腈50mL，在匀浆机中高速匀浆2min后过滤，滤液收集到装有5-8g氯化钠的100mL具塞量筒中，收集滤液40-50mL，盖上塞子，剧烈震荡1min，在室温下静置10min，使乙腈相与水相分层。水果中毒死蜱的净化：从100mL具塞量筒中吸取10mL乙腈溶液，放入100mL烧杯中，将烧杯放在80水浴锅上加热，杯内缓缓通入氮气，蒸发近干，用甲醇溶解后定容至10mL容量瓶中待测。2结果与分析2.1 毒死蜱标准曲线采取GC法测定，毒死蜱在10-500 mg/L范围内具有良好的线性关系，回归方程Y=30705X-377815，R2=0.9998。 2.2 水果中有机磷农药毒死蜱残留的光催化降解效果结果见图2、3，结果表明，相对于药液浸泡而未进行光照处理的苹果，未加任何纳米光降解材料的苹果中毒死蜱光照1h和5h后的自然降解率为28.2%和39.5%，而加入材料1的溶液中，光照1h和5h后的苹果中毒死蜱降解率分别为46.5%和56.4%，柰李中毒死蜱残留降解率分别为51.8%和75.7%；加入材料2的溶液中，光照1h和5h后的苹果中毒死蜱残留降解率分别为39.8%和49.3%；柰李中毒死蜱残留降解率分别为45.2%和62.5%。3小结材料