KOH活化蚕沙基微孔炭:制备、噻虫嗪吸附与缓控释性能解析.docxVIP

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KOH活化蚕沙基微孔炭:制备、噻虫嗪吸附与缓控释性能解析

一、引言

1.1研究背景

在农业生产中,农药的使用是保障农作物产量和质量的重要手段。然而,当前农药使用存在诸多问题。一方面,农药利用率普遍较低,在特定时间内,仅有少量农药能够到达作物靶标部位,大部分农药直接释放到自然环境中。相关研究表明,施用于土壤或植物表面的农药,大约只有5%的活性成分可被作物各部位吸收,其余大部分通过喷雾漂移、雨水冲刷等方式进入土壤、水体和大气等环境介质中。这不仅造成了资源的浪费,还导致了严重的环境污染。

另一方面,农药残留问题也日益严峻。大量未被利用的农药在环境中积累,使得农产品农药残留超标现象频发,对非靶标生物造成伤害,破坏了生态平衡。农药残留还会通过食物链的传递,对人类健康构成潜在威胁,长期摄入低剂量的农药残留可能引发慢性中毒,导致癌症、神经系统损伤等健康问题。此外,不合理的农药使用还会导致害虫抗药性增强,进一步加大了病虫害防治的难度。

为了解决这些问题,缓控释农药技术应运而生。缓控释技术通过物理或化学手段,使农药活性成分在给定时间内缓慢释放于靶标部位,并使药物浓度在较长时间内维持在有效浓度以上,从而提高农药的利用效率,减少农药的使用量和对环境的污染。微孔炭材料作为一种具有发达孔系结构和巨大比表面积的碳材料,因其稳定的化学性质和强大的吸附性能,在农药缓控释领域展现出了巨大的应用潜力。

蚕沙是桑蚕产业中的主要废弃物,在农村常被随意丢弃,不仅造成环境污染,还浪费了资源。从电镜结构观察可知,蚕沙具有天然的三维褶皱结构且含碳量高,经高温碳化及活化可以获得高比表面多孔生物炭,且其表面还含有丰富的N(O)基团,通过对其进行改性,有望提升其对农药的吸附和缓控释能力。因此,利用蚕沙制备微孔炭材料,并研究其对农药的吸附与缓控释性能,具有重要的研究价值和实际意义。

1.2研究目的与意义

本研究旨在以蚕沙为原料,通过KOH活化法制备蚕沙基微孔炭,并深入研究其对噻虫嗪的吸附与缓控释性能。具体而言,首先优化蚕沙基微孔炭的制备工艺,探究不同制备条件对其结构和性能的影响;然后,系统研究蚕沙基微孔炭对噻虫嗪的吸附动力学、等温吸附特性以及缓释动力学,揭示其吸附与缓控释机制;最后,通过对蚕沙基微孔炭进行改性,进一步提高其对噻虫嗪的吸附和缓控释性能。

本研究具有重要的理论意义和实际应用价值。在理论方面,通过研究蚕沙基微孔炭对噻虫嗪的吸附与缓控释性能,丰富了微孔炭材料在农药领域的应用基础理论,为开发新型高效的农药缓控释载体提供了理论依据。在实际应用方面,本研究成果有助于提高农药的利用效率,减少农药的使用量和对环境的污染,降低农产品中的农药残留,保障食品安全和生态环境安全,促进农业的可持续发展。此外,利用蚕沙制备微孔炭材料,实现了废弃物的资源化利用,减少了蚕沙对环境的污染,具有良好的经济效益和环境效益。

二、实验材料与方法

2.1实验材料

本研究中使用的蚕沙采自当地桑蚕养殖场。在桑蚕养殖过程中,蚕沙是蚕幼虫的排泄物,通常由蚕座上蚕的粪便、残桑和垫料等混合物组成。新鲜采集的蚕沙具有一定的湿度和杂质,需要进行后续的处理。

实验所需的化学药品包括氢氧化钾(KOH,分析纯)、盐酸(HCl,分析纯)、噻虫嗪标准品(纯度≥98%)、无水乙醇(分析纯)等。这些化学药品在实验中发挥着不同的作用,KOH用于蚕沙的活化,盐酸用于清洗和调节溶液的酸碱度,噻虫嗪标准品用于制备标准溶液,无水乙醇用于溶解和清洗等操作。

实验仪器设备主要有电子天平(精度0.0001g),用于准确称量蚕沙、化学药品等物质的质量;恒温干燥箱,用于蚕沙的干燥和样品的烘干;马弗炉,用于蚕沙的高温碳化和活化;高速粉碎机,用于将蚕沙粉碎成细小颗粒,以便后续实验操作;恒温振荡器,在吸附和缓控释实验中,用于振荡样品,使蚕沙基微孔炭与噻虫嗪溶液充分接触;离心机,用于分离溶液中的固体和液体;紫外可见分光光度计,用于检测噻虫嗪溶液的浓度;比表面积分析仪,用于测定蚕沙基微孔炭的比表面积和孔结构;扫描电子显微镜(SEM),用于观察蚕沙基微孔炭的微观形貌;X射线衍射仪(XRD),用于分析蚕沙基微孔炭的晶体结构;热重分析仪(TGA),用于研究蚕沙基微孔炭的热稳定性。这些仪器设备的精确使用,为实验的顺利进行和数据的准确获取提供了保障。

2.2蚕沙基微孔炭的制备

2.2.1蚕沙预处理

将采集的新鲜蚕沙用去离子水反复冲洗,以去除表面的泥沙、残桑和其他杂质。清洗过程中,不断搅拌蚕沙,确保清洗彻底。清洗后的蚕沙置于恒温干燥箱中,在80℃下干燥至恒重,以去除其中的水分。干燥后的蚕沙使用高速粉碎机进行粉碎,过100目筛,得到均匀的蚕沙粉末。这一步骤十分关键,清洗能去除杂质,避免其影响后续制备过程和产品质量;干燥可防止水分在高温处理时引

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