基本信息
- 项目名称：
- 磺化β-环糊精催化降解有机农药的应用研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本实验采用经磺化改性的β-环糊精，采用自行设计光催化降解装置，在紫外可见分光光度法的基础上，提出了一种用光催化降解有机磷农药的实验方法。分析了光照、反应时间、浓度等因素对光催化降解的影响。实验结果表明：加入40g/L的磺化β-环糊精能够使久效磷的光降解速率提高3.01倍，使乐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-环糊精与有机磷农药形成包络物引起的。
- 详细介绍：
- 我国是农业大国，每年有超过20万吨的农药施洒于农田之中，其中大部分被土壤吸附或进入水体和空气中，其自然降解过程往往较为缓慢，导致农药在环境中的积累、残留，对水体、土壤等环境造成了严重污染，受污染的农业产品也严重威胁着人民群众的饮食安全。据报道，我国每年因农药中毒人数有10万人之众，致死率约20%。因此，开发研制一种能够有效促进农药降解的环境友好材料已成为一个亟待解决的课题。 环糊精(CD) 是由环糊精葡萄糖基转移酶(CGT)作用于淀粉产生的一组环状低聚糖，具有″内疏水、外亲水″的特殊分子结构。其特殊的疏水性空腔可以包络尺寸大小合适的有机物分子，外侧亲水性的羟基对重金属离子具有螯合作用。环糊精的这种特殊的选择性包络作用即分子识别作用，其结果是形成主客体包络物（Host-Guest Complex）。常见的环糊精主要有α,β和γ三种，其中又以β-环糊精(β-CD)最为常用而且价廉。 改性环糊精（modified cyclodextrin）又称为环糊精衍生物（cyclodextrin derivatives）是指在环糊精大环基本骨架不变情况下引入修饰基团，得到具有不同性质或功能的产物，具有比母体环糊精更优良的特性，能解决需多技术难题。 随着对环糊精研究的不断深入，部分学者发表了有关环糊精衍生物快速降解环境中残留农药的研究：曾清如等报道了甲基-β-环糊精（MCD）和羟丙基-β-环糊精（HPCD）对甲基对硫磷的光降解催化作用。李莉等研究了HPCD对三氟氯氰菊酯的增溶和光催化降解作用，表明HPCD对三氟氯氰菊酯的光敏效率随光照时间延长而呈正相关。Kamiya等研究了在腐殖水中环糊精对有机磷农药的光降解作用，表明环糊精对农药的光降解作用取决于腐殖水中自由基的产生和环糊精空腔的大小。 久效磷和乐果都属于有机磷农药，近年来主要作为速效光谱杀虫剂而被广泛使用，造成水体、土壤和农副产品的污染，给人民生活环境和饮食安全造成很大的危害。 目前关于磺化β-环糊精对农药的催化降解作用并没有相关报道。鉴于此，本课题探索性研究了磺化β-环糊精对水中有机磷农药的催化降解作用，研究结果发现磺化β-环糊精能够有效的促进有机磷农药的光降解速率。此实验方法操作简单、造价低，对农药促降解效果好，这为减少农药对环境的污染和相关食品添加剂的研制提供了一种新思路，具有一定的研究价值和应用前景。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 目的： 基于近年里农药、杀虫剂的大量使用造成了水体环境的严重污染，危及人民群众的饮食安全，本课题目的是制备一种环境友好材料，通过光催化降解的方式去除农药残留，为农药废水处理、受农药污染的土壤净化和治理，食品添加剂的研制作一些探索。 基本思路：以β-环糊精和浓硫酸为原料，制得β-环糊精的衍生物—磺化β-环糊精。考察磺化β-环糊精对有机磷农药光降解作用的影响。
科学性、先进性及独特之处
- 本课题的创新之处在于创造性的将磺化β-环糊精应用于有机磷农药的光催化降解，此方向在国内报道较少。 在实验室里成功合成了β-环糊精的衍生物—磺化β-环糊精，磺化β-环糊精具有比β-环糊精更加优良的特性，能够有效促进有机磷农药的的光降解作用，实验表明：用浓度为40g/L的磺化β-环糊精处理的久效磷和乐果，其光降解速率分别提高3.01倍和2.23倍。
应用价值和现实意义
- 此实验方法简单且造价低，并且能够有效提高有机磷农药的光降解速率，即迅速减少农药在环境中的残留浓度和残留时间，使之达到环境标准，从而减少了其对人体和环境的危害，这为减少农药对环境的污染、农业废水和受农药污染土壤的治理以及食品添加剂的生产等方面提供了一种新思路，具有一定的研究价值和应用前景。
学术论文摘要
- 摘要：环糊精作为一种环境友好材料近年来被广泛应用于水处理、受污染土壤的治理和恢复，能够对有机污染物产生降解作用。对环糊精的结构修饰能够提高其溶解度，并且改变其空间结构，产生一些和环糊精本体不同的化学性质。久效磷和乐果作为有机磷农药被广泛使用,给人民生活环境和饮食安全造成很大的危害，研究新的环境友好材料催化降解有机磷农药是当前的比较新颖的研究方向。本课题就是基于以上问题开展的研究工作。本实验采用经磺化改性的β-环糊精，采用自行设计光催化降解装置，在紫外可见分光光度法的基础上，提出了一种用光催化降解有机磷农药的实验方法。分析了光照、反应时间、浓度等因素对光催化降解的影响。实验结果表明：加入40g/L的磺化β-环糊精能够使久效磷的光降解速率提高3.01倍，使乐果光降解速率提高2.23倍。光催化降解效果主要是由于磺化β-环糊精与有机磷农药形成包络物引起的。 关键词：β-环糊精;磺化改性;有机磷农药;光催化降解;包络
获奖情况
- Research of photocatalytic degration of pesticide with sulfonated β-cyclodextrin.环境生物技术与材料工程学术会议（EBME2011）
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1] 张慧容，彭浩，贺红武.环糊精在农药中的研究及应用[J].农药.2008.6(6) [2] 曾清如，罗跃初，刘嫦娥，等.两种高水溶性β-环糊精衍生物对甲基对硫磷的增溶和光催化降解作用[J].农药学学报，2003. [3] 李莉，赵桦萍，赵立杰，等.羟丙级-β-环糊精对三伏氯氰菊酯的增溶和光催化降解作用[J].齐齐哈尔大学学报，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.
同类课题研究水平概述
- 曾清如等报道了甲基-β-环糊精（MCD）和羟丙基-β-环糊精（HPCD）对甲基对硫磷的光降解催化作用。 李莉等研究了HPCD对三氟氯氰菊酯的增溶和光催化降解作用，表明HPCD对三氟氯氰菊酯的光敏效率随光照时间延长而呈正相关。 汤灿等研究了HPCD对农药的增溶效果和光解的影响比β-环糊精更显著。 Kamiya等研究了在腐殖水中环糊精对有机磷农药的光降解作用，表明环糊精对农药的光降解作用取决于腐殖水中自由基的产生和环糊精空腔的大小。 Ishiwata等报道了环糊精包合物对有机磷农药在中性水溶液中降解的催化作用，研究表明环糊精在中性介质中能提高有机磷农药降解的包合-催化作用，而在碱性介质中环糊精对农药降解有抑制-催化作用。
