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纳米氧化物材料及其在环境监测中的应用

杨娅  
【摘要】:随着世界人口的增长和经济的发展,环境污染急剧增加,威胁着人类的生存和发展,保护环境受到了全世界的关注。化学需氧量(COD)、总磷作为废水有机污染物的综合指标,是水质检测的重要参数。及时掌握和控制污水化学需氧量和总磷对废水的防治有着极为重要的意义。测定COD的方法主要有高锰酸钾指数法和重铬酸钾氧化法(COD_(Cr)),测定总磷需要用强酸进行消解,这些方法耗时长,操作过程繁琐,且有二次污染。本论文所拟的纳米材料光催化氧化法准确、简便地测定有机物,且不用有毒试剂,有望在环境监测中得到广泛的应用。 本论文分为二个层次,首先利用电子自旋共振(ESR)的方法检测了纳米半导体光催化氧化体系中,活性物种羟基自由基(·OH)的存在,为羟基自由基的检测和揭示纳米半导体氧化物的氧化机理提供了有用的分析检测手段。其次,将纳米半导体光催化氧化体系用于化学需氧量和总磷的测定,进行了有关理论探讨和实际应用的研究,取得了满意的结果。本论文的工作对纳米技术在环境监测中的应用具有重要的意义。论文共分为四章。 第一章 综述部分 该部分从纳米材料的发展及其应用、环境水分析的研究进展及展望、纳米氧化物材料光催化氧化及其应用等几方面作了较为详细的概括和综述。 第二章 纳米TiO_2光诱导产生羟基自由基的ESR研究 由于光生空穴极易与光生电子复合,降低了纳米材料的氧化能力。如果在纳米TiO_2光催化体系中,添加无机氧化物电子捕获剂,则能有效地捕获电子,增加溶液中羟基自由基的浓度,提高纳米TiO_2的光催化氧化能力。本部分以5,5-Dimethyl-pyrroline-N-oxide(DMPO)为羟基自由基捕获剂,利用自旋捕捉一电子自旋共振(ESR)方法研究了无机氧化物K_2S_2O_8对纳米TiO_2光催化体系中产生羟基自由基的关系,在此基础上探讨了甘氨酸光催化氧化的反应机理。 中文摘要 第三章纳米TIO:一KMno;共存体系光催化氧化测定化学需氧量的研究 在半导体光催化中,当用能量等于或者大于半导体禁带宽度的光照射半导体 时,其价带上的电子被激发,越过禁带进入导带而生成光生电子,在价带上产生 光生空穴。这些光生电子和光生空穴分离并迁移到粒子表面,参与加速氧化还原 反应,还原和氧化吸附在纳米氧化物表面上的物质。这些光生电子与空穴也极易 复.合,我们选用KMnO;为电子捕获剂,抑制了电子和空穴的复合,提高了光催 化降解速率(同时,以邻苯二甲酸氢钾为标准物质,优化了纳米TIOZ一KMno。 共存体系光催化氧化测定化学需氧量的条件。 第四章纳米TIO:膜光催化快速测定水中的总磷 本部分提出了一种用纳米TIO:膜光催化氧化测定水中总磷的新方法,并以轻 基乙叉二嶙酸(HEDP)为标准物质,优化了实验条件。实验表明,所研究的方 法实验操作条件简单,不产生二次污染,能实现总磷的快速、准确的测定。将该 方法用于实际水样的测定,并与标准方法比较,有较好的一致性。 华东帅范大学申请硕卜学位论文


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