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海水中COD光催化在线消解方法与消解模块研究及在线监测仪器的研制

批准号:
42106055
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
孙西艳
学科分类:
海洋化学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
孙西艳

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
化学需氧量(COD)是海洋生态污染综合评价和水质监测必测指标。目前,由于高温消解技术难以突破,导致海水中COD分析方法与监测仪器测定周期长、稳定性差、能耗高、应用受限,已难以满足日益增长的海洋生态环境监测的需求。本项目拟将常温常压下可快速高效氧化有机物的半导体光催化氧化技术用于COD的消解,通过半导体改性、电子捕获、光电催化等多技术耦合与提升,开展消解速率快、监测灵敏度高、能耗低的光催化氧化在线消解方法研究与在线消解模块的研制,突破COD测定中提高样品消解速率的“瓶颈”。在此基础上,结合流动注射技术与盐度补偿校正模型,开发能够快速、灵敏、准确测定海水中COD的在线监测新方法与新仪器,使之广泛应用于实验室、船载、浮标、岸基台站等大批量样品与实时样品的分析监测,满足快速发展的海洋环境监测需求,支撑海洋经济可持续发展。本研究成果顺利实施,可使海水中COD自动在线监测上一个新的台阶,引领科技前沿。
英文摘要
Chemical oxygen demand (COD) is the comprehensive evaluation index of marine ecological pollution and the necessary evaluation index of water quality monitoring. At present, the COD analysis methods and monitoring instruments have these disadvantages of long measuring period, poor stability,high power consumption and limited application caused by high temperature digestion, which could hardly meet the increasing demands of marine ecological environment monitoring. The study intends to apply the semiconductor photocatalytic oxidation technology, which can oxidize organic matter rapidly and efficiently under norman temperature and pressure, to the COD digestion. Through the research on the coupling and upgrading of photocatalytic oxidation technologies, such as semiconductor modification, electron capture and Photoelectricity, the new on-line digestion method of seawater COD with fast digestion rate, high monitoring sensitivity and low energy consumption is established and the on-line digestion module is developed to break through the bottleneck of low COD digestion rate. Combined with flow injection analysis and salinity compensation correction model, a new on-line monitoring method and instrument can be developed for rapid, sensitive and accurate determination of COD in seawater, which can be widely used in the on-line analysis and monitoring of large quantities of samples and real-time samples such as laboratories, surveys, buoys and shore-based stations to meet the increasing demands of marine ecological environment monitoring and to support the sustainable development of marine economy. The successful implementation of this research can promote the automatic on-line monitoring of seawater COD to a new level, and lead the scientific and technological frontier.
社会经济的快速发展导致大量有机污染物进入海洋,而有机污染物的多样性使其难以定性和定量。因此,使用化学需氧量(Chemical Oxygen Demand,COD)作为有机污染的综合指标对于有机污染监测和评价至关重要。目前,海水COD检测依赖于碱性高锰酸盐氧化滴定法(CODMn)及相应原理的自动分析仪,需要高温高压下消解,检测速度慢,无法满足大批量样品的快速检测需求。因此,建立快速、准确测定海水中CODMn的自动在线分析方法与监测设备具有重要意义。本研究利用紫外光催化氧化技术,实现了常温常压条件下对海水中CODMn的高效消解,同时研制紫外光催化在线消解模块,并将其分光光度法和流动注射分析系统相结合,建立了一种快速、灵敏的海水CODMn检测方法与在线监测仪器,突破了现有分析系统高温高压下消解的瓶颈,提高了样品的消解速率,使样品测定效率提高到36样/时以上。.该项目的主要研究内容包括:(1)光催化剂材料与载体的选择;(2)分光光度法的建立与标准物质的选择;(3)CODMn光催化效率影响因素的探讨及最佳实验条件、光催化剂的选择;(4)紫外光催化氧化在线消解模块的设计与研制;(5)CODMn在线分析系统的建立与优化。.在本项目支持下,项目负责人作为第一或通讯作者发表论文9篇,申请专利4项,培养研究生4名,顺利完成了研究任务。本项目所建立的系统对实际样品的测定值与国家标准方法测定值相比,最大平均相对误差为0.042,低于仪器分析标准要求的0.1,且回收率在95.33%至109.50%之间,均表明系统具有较高的准确度和精密度。本系统的开发可为海洋环境监测和管理提供快速、高通量的数据支持,从而有效推进海洋生态保护及可持续发展。
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