脉冲电场降解有机磷农药机理分析

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农业是影响我国经济发展的一大基础产业。然而,在农作物大量种植的过程中经常受病虫害的困扰,从而限制了我国经济的快速发展。为了解决这一问题,科学家研制出了许多类似于敌敌畏、马拉硫磷、氧乐果、毒死蜱等农药,它们也确实对于抑制虫类的大量繁殖、抑制病、杂草等的肆虐起到了不可估量的作用,从而使农作物受损害的程度降到最低,但是这些农药在随农作物生长过程中,或植物成熟以后并不能自行完全分解,许多农药在不同种类农产品及其果蔬类的表皮上都有不同程度的残留,所以,农药的残留问题成为了威胁人类的健康的首要问题。因此,研究一种能够对农产品中残留农药有效降解的方法,越来越成为当今研究的重点。高压脉冲降解农药法作为一种新型技术,是一种高效、经济、无污染的农药降解方法。本文研究了脉冲电场的电场强度对4种有机磷农药(敌敌畏、马拉硫磷、氧乐果、毒死蜱)分子的化学键的影响,利用Materials Studio分子模拟软件分别给4种有机磷农药分子模拟外加静电场,分析其分子的化学键键长和内部能量的变化情况。根据电磁场和电介质之间的相互作用,推导出外加脉冲电场与静电场之间的关系,得到脉冲电场对4种有机磷农药的降解原理和当化学键断裂时所需要的能量以及对应的适合脉冲电场的优化参数(脉冲强度、作用时间、脉冲个数),建立化学键的键能与脉冲电场的电场强度之间的随机模型,经过实验得出论证。这一发现从微观理论上为降解有机磷农药提供了理论基础。其主要研究内容如下:1)对电磁场理论和电介质理论进行了简单介绍并建立了点电场与外加电场之间的关系E=(1+χe)E0;2)分析了电磁场与有机磷农药之间的关系,如农药电介质存在时电场的计算等;3)对分子动力学模拟基本原理进行了简单介绍,使用materials studio软件搭建了敌敌畏、马拉硫磷、氧乐果、毒死蜱4种有机磷农药的结构模型,分析了静电场对4种有机磷农药的影响,即随着外加电场强度的增加,有机磷农药中化学键键长也随之增加,以P-O键、P-S键、C-N键、C-S键最为突出,较C-H、O-H等化学键相比更容易断裂。也正是由于这些化学键在脉冲电场下的容易断裂的性质,才给我们研究农药降解提供了很大的依据。4)运用气质联用试验验证了经过高压脉冲作用后的敌敌畏、马拉硫磷、氧乐果和毒死蜱降解后的产物与通过分子模拟软件分析化学键的断裂所生成的物质相吻合。并为我们将来选择合适的高压脉冲的场强提供了有力的理论保障。当静电场的电场强度达到0.05a.u.时,化学键吸收足够能量即将断开。通过实验研究,敌敌畏、马拉硫磷、氧乐果和毒死蜱降解率达到最大时的电场强度分别为2866.58Vμm,2889.44V/μm、 X1=2669.31V/μm、X1=2814.63V/μm即 0.0557a.u.、0.0562a.u.、0.0519a.u.、0.0547a.u。并通过试验以及数据分析论证了脉冲电场的电场强度与化学键键能以及键长之间存在相关性。
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