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不同光照时间对叶绿素降解水中硝基苯的影响
《不同光照时间对叶绿素降解水中硝基苯的影响》开题报告
1、本课题相关综述
硝基苯,又名密斑油,苦杏仁油,是一种无色或微黄色具苦杏仁味的油状液体。
分子式为C6-H5-NO2,分子量123.11。
它的相对密度是1.205(15/4℃),熔点为5.7℃,沸点为210.9℃。
它难溶于水,易溶于乙醇、乙醚及其它有机溶剂。
遇明火、高热会燃烧、爆炸。
与硝酸反应剧烈。
硝基苯类化合物主要存在于染料、炸药和制革等工业废水中。
排入水体后,可影响水的感官性状。
大体可通过呼吸道吸入,或皮肤吸收而产生毒性作用,硝基苯可引起神经系统症状、贫血和肝脏疾患。
硝基苯在水中具有极高的稳定性。
由于其密度大于水,进入水体的硝基苯会沉入水底,长时间保持不变。
又由于其在水中有一定的溶解度,所以造成的水体污染会持续相当长的时间。
硝基苯的沸点较高,自然条件下的蒸发速度较慢,与强氧化剂反应生成对机械震动很敏感的化合物,能与空气形成爆炸性混合物。
倾翻在环境中的硝基苯,会散发出刺鼻的苦杏仁味。
80℃以上其蒸气与空气的混合物具爆炸性,倾倒在水中的硝基苯,以黄绿色油状物沉在水底。
当浓度为5mg/L时,被污染水体呈黄色,有苦杏仁味。
当浓度达100mg/L时,水几乎是黑色,并分离出黑色沉淀。
当浓度超过33mg/L时可造成鱼类及水生生物死亡。
吸入、摄入或皮肤吸收均可引起人员中毒。
中毒的典型症状是气短、眩晕、恶心、昏厥、神志不清、皮肤发蓝,最后会因呼吸衰竭而死亡。
叶绿素是植物进行光合作用中捕获光的主要成分。
高等植物叶绿体中的叶绿素主要有叶绿素a和叶绿素b两种。
它们不溶于水,而溶于有机溶剂,如乙醇、丙酮、乙醚、氯仿等。
在颜色上,叶绿素a呈蓝绿色,而叶绿素b呈黄绿色。
按化学性质来说,叶绿素是叶绿酸的酯,能发生皂化反应。
叶绿酸是双羧酸,其中一个羧基被甲醇所酯化,另一个被叶醇所酯化。
用酸处理叶片,H+易进入叶绿体,置换镁原子形成去镁叶绿素,使叶片呈褐色。
二、选题的理由和意义
2005年11月13日,位于吉林省吉林市的中国石油吉林石化公司双苯厂一车间发生连续爆炸。
在这之后,监测发现苯类污染物流入该车间附近的第二松花江(即松花江的上游),造成水质污染。
14日10时,吉化公司东10号线入江口水样有强烈的苦杏仁气味,苯、苯胺、硝基苯、二甲苯等主要污染物指标均超过国家规定标准。
松花江九站断面5项指标全部检出,以苯、硝基苯为主。
随着污染物逐渐向下游移动,这次污染事件的严重后果开始显现。
特别是黑龙江省省会、北方名城哈尔滨市,饮用水多年以来直接取自松花江,为避免污染的江水被市民饮用、造成重大的公共卫生问题,市政府决定自2005年11月23日起在全市停止供应自来水,这在该市的历史上从未发生过。
停水之后,苏家屯断面(哈尔滨市饮用水源取水口上游16公里处)硝基苯浓度24日18时为0.4417毫克/升,超标25;19时为0.5177毫克/升,超标29.45倍;25日零时为0.5805毫克/升,超标33.15倍,达到最大值,随后浓度开始下降。
在松花江水各项指标符合国家标准之后,该市于11月27日恢复供水。
该事故产生的主要污染物为苯、苯胺和硝基苯等有机物;超标的污染物主要是硝基苯和苯,属于重大环境污染事件。
经由此次事件,人们对硝基苯的毒害有了一些了解,而国家也倾注了大量人力物力财力去治理泄露的硝基苯。
硝基苯蒸气能经肺吸收,也可经皮肤缓慢吸收,液体易经皮肤吸收。
硝基苯污染皮肤后的吸收率为2mg/cm2·h,其蒸气可同时经皮肤和呼吸道吸收,在体内总滞留率可达80%。
硝基苯的转化物主要为对氨基酚,还有少量间硝基酚与对硝基酚,和邻与间氨基酚。
生物转化所产生的中间物质,其毒性常比其母体为强。
硝基苯在体内经转化后,水溶性较高的转化物即可经肾脏排出体外,完成其解毒过程。
硝基苯的主要毒作用为:
a.形成高铁血红蛋白的作用:
主要是硝基苯在体内生物转化所产生的中间产物对氨基酚、间硝基酚等的作用。
b.溶血作用:
发生机制与形成高铁血红蛋白的毒性有密切关系。
硝基苯进入人体后,经过转化产生的中间物质,可使维持细胞膜正常功能的还原型谷胱甘肽减少,从而引起红细胞破裂,发生溶血。
c.肝脏损害:
硝基苯可直接作用于肝细胞致肝实质病变。
引起中毒性肝病、肝脏脂肪变性。
严重者可发生亚急性肝坏死。
d.急性中毒者还有肾脏损害的表现,此种损害也可继发于溶血。
硝基苯是剧毒品,废水中的硝基苯容易在不知不觉中对人类、环境等造成巨大的危害。
所以我们要在降解硝基苯的方法上积极研究,争取找到更有效的方式,能够在硝基苯泄露的情况下,做出最快的反应与解决。
利用叶绿素的光催化来降解硝基苯,是一种新颖、环保的方法,但要全面推行还尚不成熟。
所以我们将在这一方法上进行研究探讨。
3、论文的研究主要内容、方法及希望解决的问题
本次课题主要针对以下两方面进行探索性内容的研究:
(1)不同光照时间对水中硝基苯降解率的影响
(2)不同PH对水中硝基苯降解率的影响
本次课题的研究方法:
在含有硫酸铜的酸性溶液中,由锌粉反应产生的初生态氢将硝基苯还原成苯胺,经重氮偶合生成紫红色化合物,在波长545nm处测定吸光度,进行比色测定。
本次课题想解决的问题:
(1)当光照时间在多少时降解率能够最大?
(2)PH在多大情况下降解率最大?
四、课题进度安排
2008年9月—2008年10月
查阅文献、确定测定方法、准备试验设备、仪器、撰写开题报告
2008年11月—2008年12月中旬
配置实验试剂。
按照实验方案进行实验操作,做硝基苯的标准曲线。
试验研究阶段:
不同光照时间对水中硝基苯降解率的影响
不同PH对水中硝基苯降解率的影响
2008年12月中旬—2008年1月
对数据进行整理、分析、撰写论文,修改论文,准备论文答辩
五、参考文献
[1]王丽敏,刘振鸿,王建刚.硝基苯废水治理技术研究进展[J].江苏环境科技,2005,18
(2):
40-42
[2]田地,张彭义,余刚.挥发性有机物光催化降解研究进展[J].上海环境科学,2000年04期:
24-28
[3]李洪斌,刘滔.太阳能光催化污水处理的研究现状[J].云南师范大学学报:
自然科学版,2002.22(6):
24-28
[4]郑金来,李君文.苯胺、硝基苯和三硝基苯甲苯生物降解研究进展[J].微生物通报,2001,28(5)
[5]国家环保局编写的第四版《水和废水监测分析方法》
[6]华东化工学院和成都科技大学分析化学教研组编,《分析化学》.第3版,北京高等教育出版社1990
目录
1、前言...........................................................2
2、实验仪器及药品....................................................2
2.1实验仪器.........................................................2
2.2试验药品及试剂配制...............................................3
3、实验原理及步骤....................................................4
3.1硝基苯的检测方法及原理...........................................4
3.2反应方程式.......................................................4
3.3实验步骤.........................................................5
4、硝基苯标准曲线的绘制..............................................5
4.1标准曲线的绘制...................................................5
4.1.1操作步骤.......................................................5
4.1.2硝基苯的标准曲线...............................................5
4.2样品测定.........................................................6
4.3降解率的计算.....................................................6
5、不同条件下实验过程................................................6
5.1光照时间对水中硝基苯降解率的影响..................................6
5.1.1操作步骤.......................................................6
5.1.2实验结果与讨论..................................................7
5.2PH对水中硝基苯降解率的影响对水中苯胺降解率的影响.................8
5.2.1操作步骤........................................................8
5.2.2实验的结果与讨论................................................9
6、结论.............................................................10
参考文献.............................................................11
致谢...............................................................12
摘要:
本次论文主要针对叶绿素对水中硝基苯的降解进行一系列的研究。
利用叶绿素在光催化下产生光合作用自行降解有毒有害污染物的这一特点,研究不同的条件对其降解硝基苯的速率产生的影响。
本次实验是以不同的光照时间作为重点研究,并从不同的PH条件方面进行的一系列试验,以探索叶绿素降解水中硝基苯的最佳处理条件。
关键词:
叶绿素;硝基苯;降解;光照时间;PH
《不同光照时间对叶绿素降解水中硝基苯的影响》
监测0611徐飞
1、前言
由于松花江水污染事件,人们对硝基苯的毒害有了一些了解。
硝基苯蒸气能经肺吸收,也可经皮肤缓慢吸收,液体易经皮肤吸收。
硝基苯污染皮肤后的吸收率为2mg/cm2·h,其蒸气可同时经皮肤和呼吸道吸收,在体内总滞留率可达80%。
硝基苯的转化物主要为对氨基酚,还有少量间硝基酚与对硝基酚,和邻与间氨基酚。
生物转化所产生的中间物质,其毒性常比其母体为强。
硝基苯在体内经转化后,水溶性较高的转化物即可经肾脏排出体外,完成其解毒过程。
硝基苯是剧毒品,废水中的硝基苯容易在不知不觉中对人类、环境等造成巨大的危害。
所以我们要在降解硝基苯的方法上积极研究,争取找到更有效的方式,能够在硝基苯泄露的情况下,做出最快的反应与解决。
利用叶绿素的光催化来降解硝基苯,是一种新颖、环保的方法,但要全面推行还尚不成熟。
所以我们将在这一方法上进行研究探讨。
硝基苯在水中具有极高的稳定性。
由于其密度大于水,进入水体的硝基苯会沉入水底,长时间保持不变。
又由于其在水中有一定的溶解度,所以造成的水体污染会持续相当长的时间。
硝基苯的沸点较高,自然条件下的蒸发速度较慢,与强氧化剂反应生成对机械震动很敏感的化合物,能与空气形成爆炸性混合物。
倾翻在环境中的硝基苯,会散发出刺鼻的苦杏仁味。
80℃以上其蒸气与空气的混合物具爆炸性,倾倒在水中的硝基苯,以黄绿色油状物沉在水底。
当浓度为5mg/L时,被污染水体呈黄色,有苦杏仁味。
当浓度达100mg/L时,水几乎是黑色,并分离出黑色沉淀。
当浓度超过33mg/L时可造成鱼类及水生生物死亡。
吸入、摄入或皮肤吸收均可引起人员中毒。
中毒的典型症状是气短、眩晕、恶心、昏厥、神志不清、皮肤发蓝,最后会因呼吸衰竭而死亡。
叶绿素是植物进行光合作用中捕获光的主要成分。
高等植物叶绿体中的叶绿素主要有叶绿素a和叶绿素b两种。
它们不溶于水,而溶于有机溶剂,如乙醇、丙酮、乙醚、氯仿等。
在颜色上,叶绿素a呈蓝绿色,而叶绿素b呈黄绿色。
按化学性质来说,叶绿素是叶绿酸的酯,能发生皂化反应。
叶绿酸是双羧酸,其中一个羧基被甲醇所酯化,另一个被叶醇所酯化。
用酸处理叶片,H+易进入叶绿体,置换镁原子形成去镁叶绿素,使叶片呈褐色。
本次课题主要针对不同光照时间和PH对水中硝基苯降解率的影响进行研究,希望能在降解硝基苯的方法上找到更有效的方式。
2、实验仪器及药品
2.1实验仪器
(1)Spectrumlab22pc型可见分光光度计,10ml比色皿,比色管,比色管架
(2)HH-4型数显恒温水浴锅,电炉
(3)800型离心机,10ml离心试管,离心试管架
(4)AB204-N型电子天平
(5)pHs-25v型数显酸度计、复合电极及配套的
(6)100℃温度计
(7)漏斗,玻璃棒
(8)25ml、100ml、250ml、500ml、1000ml棕色容量瓶
(9)50ml吸量管,微型移液器
(10)100ml,150ml烧杯
(11)200w氙灯
(12)BCD-23K海尔冰箱
(13)50ml锥形瓶
2.2试验药品及试剂配制
(1)20%硫酸氢钾溶液
(2)10%硫酸铜溶液
(3)10%氢氧化钠溶液
(4)盐酸
(5)锌粉
(6)5%亚硝酸钠溶液:
称取1.0g亚硝酸钠溶与20ml水中,储存与棕色瓶中,置冰箱保存,放置时间不超过三周。
(7)2.5%氨基磺酸铵溶液:
称取2.5g氨基磺酸铵溶于100ml水中,储存于棕色瓶中,置冰箱把保存,放置时间不超过三周。
(8)2%N-(1-萘基)乙二胺盐酸盐溶液:
称取2gN-(1-萘基)乙二胺盐酸盐,加少量蒸馏水后加热搅拌至溶液澄清,加水至100ml,储存与棕色瓶中,置冰箱保存。
(9)1.0%叶绿素:
称取叶绿素5g,用蒸馏水定容至500ml。
(10)0.1mol/L硫酸溶液:
称取浓硫酸5.60ml于1000ml容量瓶中,稀释至刻度线,摇匀。
(11)硝基苯标准储备液:
在25ml容量瓶中加入10ml乙醇,称量,加2~3滴硝基苯,再次称量。
用0.1mol/L硫酸溶液稀释至刻度线,摇匀。
计算出每升溶液中含有硝基苯的量,计算式如下:
C—硝基苯含量mg/ml
M—2~3滴硝基苯的质量mg
V—25ml容量瓶中的硝基苯标准储备液体积ml
(12)0.100mg/ml硝基苯标准使用液:
将标准储备液14.85ml放入500ml容量瓶中,用0.1mol/L硫酸溶液稀释至刻度线,摇匀。
用时需现配。
硝基苯标准储备液取量计算如下:
C1×V1=C2×V2
数据代入得:
3.368×V1=0.100×500
则:
V1=14.85ml
C1—硝基苯标准储备液的含量mg/ml
V1—吸取硝基苯标准储备液的体积ml
C2—硝基苯标准使用液的含量mg/ml
V2—硝基苯标准使用液的体积ml
(13)17cm滤纸若干
(14)PH试纸
(15)乙醇
3、实验原理及步骤
3.1硝基苯的检测方法及原理
本次实验用的是还原—偶氮光度法。
在含有硫酸铜的酸性中,由锌粉反应产生的初生态氢将硝基苯还原成苯胺,经重氮偶合反应生成紫红色染料,进行比色测定。
当测定含有苯胺化合物的废水时,需测定两份样品,一份不经还原测苯胺含量,另一份按本法将硝基苯还原成苯胺测定其总吸光度,再减去苯胺的吸光度后,计算出硝基苯化合物的含量。
3.2反应方程式
—NO2+3Zn+6HCl—NH2+3ZnCl2+2H2O
N
—NH2+NaNO2+2HCl—N+Cl-+NaCl+2H2O
N
—N+Cl-+—NH—CH2—CH2—NH2·HCl
—N=N——NH—CH2—CH2—NH2·HCl+HCl
(紫红色燃料)
3.3实验步骤
取5.00ml硝基苯水样与锥形瓶中,加水至20ml,加入浓盐酸2.0ml,锌粉0.5g,10%硫酸铜2滴,摇匀。
放置15min,过滤并转移至50ml容量瓶中,用水洗涤滤纸三次,稀释至标线,混匀。
取上述硝基苯溶液5.00ml,置于25ml比色管中,加水至10ml.加10%氢氧化钠,摇匀。
加1ml20%硫酸氢钾,混匀,加5%亚硝酸钠1滴,摇匀。
放置3分钟,加2.5%氨基磺酸铵0.5ml,放置3分钟,加2%-(1-萘基)乙二胺溶液1.0ml,摇匀。
在水浴温度为22~30℃中静止30分钟,以水为参比,测量吸光度。
4、硝基苯降解率的测定
4.1标准曲线的绘制
4.1.1操作步骤
1、吸取1.00ml硝基苯使用液(每毫升含0.100mg)于50ml锥形瓶中,加水至20ml,加浓盐酸2.0ml,锌粉0.5g,10%硫酸铜溶液2滴,摇匀。
放置15min,过滤,滤液收集于50ml容量瓶中,用水洗涤滤纸三次,稀释至标线,混匀。
2、吸取0.00ml、1.00ml、2.00ml、3.00ml、4.00ml、5.00ml、10.00ml分别置于25ml比色管中,加水至10ml。
加10%氢氧化钠溶液至出现白色絮状沉淀(PH=5)加水至标线,摇匀。
加1ml20%硫酸氢钾溶液混匀,待白色沉淀消失。
加5%亚硝酸钠溶液1滴,摇匀。
放置3min,加2.5%氨基磺酸铵溶液0.5ml,充分摇匀,放置3min,待气泡除尽后,加入2%N-(1-萘基)乙二胺溶液1.00ml,摇匀。
4、放置30min,用10mm比色皿,于545nm波长处,以水为参比,测量吸光度。
减去零浓度的空白吸光度后,绘制校准曲线。
4.1.2硝基苯的标准曲线
表1硝基苯的标准曲线
1
2
3
4
5
6
7
硝基苯标准使用液/ml
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
10.00
吸光度A
0.007
0.122
0.233
0.340
0.501
0.612
1.346
校正吸光度A
0.000
0.115
0.226
0.363
0.494
0.605
1.239
图1硝基苯的标准曲线
4.2样品测定
1、取5.00ml水样于锥形瓶中,加水至20ml,加入浓盐酸2.0ml,锌粉0.5g,10%硫酸铜溶液2滴,摇匀。
放置15min,过滤并转移至50ml容量瓶中,用水洗涤滤纸三次,稀释至标线,混匀。
2、取上述1中硝基苯溶液5.00ml,分别放置于25ml比色管中哦,于绘制校准曲线步骤相同,以水为参比,测定吸光度。
3、空白试验:
取20ml水于锥形瓶中,加浓盐酸2.0ml,锌粉0.5g,10%硫酸铜溶液2滴,摇匀。
用于样品测定相同操作步骤,测定空白吸光度。
4.3降解率的计算
根据测出的吸光度A代之一元回归方程:
注:
A。
—查硝基苯标准曲线内叶绿素体积5.00ml的标准溶液吸光度
A—各溶液吸光度
根据上述的公式,把在标准曲线上面查得的吸光度代入,可以求得X%(降解率)
5、不同条件对实验的影响
5.1光照时间对水中硝基苯降解率的影响
5.1.1操作步骤
1、在标有1号、2号、3号、4号的4个100ml烧杯中加入50ml硝基苯标准溶液分别加入6.25ml叶绿素溶液,调PH至7左右,于40℃的恒温水浴中用氙灯照1h、2h、4h、6h后各取样品5.00ml于50ml锥形瓶中,加水至20ml,加入浓盐酸2.0ml,锌粉0.5g,10%硫酸铜溶液2滴,摇匀。
放置15min,过滤,滤液收集于50ml容量瓶中,用水洗涤滤纸三次,稀释至标线,混匀。
2、取上述滤液各5.00ml分别置于25ml比色管中,加水至10ml。
加10%氢氧化钠溶液至出现白色絮状沉淀(PH=5)加水至标线,摇匀。
加1ml20%硫酸氢钾溶液混匀,待白色沉淀小时。
加5%亚硝酸钠溶液1滴,摇匀。
放置3min,加2.5%氨基磺酸铵溶液0.5ml,充分摇匀,放置3min,待气泡除尽后,加入2%N-(1-萘基)乙二胺溶液1.0ml,摇匀。
3、于23~30℃水浴中静置显色30分钟,再高速(3000转/分钟)离心15分钟,静置30分钟,取上层清液在分光光度计上,于545nm波长处,以水为参比,测定吸光度。
5.1.2实验结果与讨论
表2光照时间对硝基苯降解率的影响(1号平行样)
时间h
1
2
4
6
溶液吸光度A
0.228
0.175
0.034
0.043
加叶绿素降解率X%
62.31
71.07
94.38
92.89
表3光照时间对硝基苯降解率的影响(2号平行样)
时间h
1
2
4
6
溶液吸光度A
0.234
0.183
0.032
0.040
加叶绿素降解率X%
61.32
69.75
94.71
93.39
表4光照时间对硝基苯降解率的影响(3号平行样)
时间h
1
2
4
6
溶液吸光度A
0.232
0.174
0.030
0.039
加叶绿素降解率X%
61.65
71.24
95.04
93.55
表5光照时间对硝基苯降解率的影响(平均值)
时间h
1
2
4
6
溶液吸光度A
0.231
0.177
0.032
0.041
加叶绿素降解率X%
61.76
70.69
94.71
93.28
图2光照时间对硝基苯的降解率的曲线
从图2看出,随着光照时间的增长,水中硝基苯溶液的降解就越好。
当时间小于4h时叶绿素降解硝基苯低,效果不佳;接近4h后叶绿素降解效果开始明显,且显上升趋势。
光照时间超过4h后,硝基苯降解率又开始下降。
故可知,本实验的最佳光照时间为4h。
5.2PH对水中硝基苯降解率的影响
5.2.1操作步骤
为了了解水体中PH对硝基苯降解率的影响,我们取PH值为4、5、6、7、8、9、10、11、12、13的叶绿素来做光催化降解水中硝基苯的实验。
步骤如下:
在10个100ml的小烧杯中分别加入50ml硝基苯标准使用液,再各加入6.25ml叶绿素(1.0%),用1mol/L的NaOH溶液或1mol/LHCl溶液调至PH值分别等于4、5、6、7、8、9、10、11、12、13再放至40℃的恒温水浴中用氙灯照,并每隔10分钟用玻璃棒搅拌一次,以此保持叶绿素分布均匀。
1、4小时后取样测定:
各取样品5.00ml于锥形瓶中,加水至20ml,加入浓盐酸2ml,锌粉0.5g,10%硫酸铜2滴,摇匀。
放置15min,过滤并转移至50ml容量瓶中,用水洗涤滤纸三次,稀释至标线,混匀。
2、取上述硝基苯溶液5.00ml,分别置于25ml比色管中,加水至10ml,加10%氢氧化钠溶液至出现白色絮状沉淀,加水至刻度线,摇匀。
加1ml20%硫酸氢钾溶液,待白色絮状沉淀消失。
加1滴5%亚硝酸钠溶液,摇匀。
放置3min,加2.5%氨基磺酸铵溶液0.
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