化学论文开题报告案例

  对于很多化学专业的同学来说,论文前化学的开题报告应该怎么写?相信很多同学都有一定的困扰。今天小编就为大家带来了化学开题报告写法供大家参考。
 
  课题名称:生物炭对重金属的吸附作用及腐殖酸的影响
 
  1、选题意义和背景。
 
  在人类健康与生态环境领域中,重金属主要指汞(Hg),福(Cd)、铬(Cr),铅(Pb)、砷(As)、铜(Cu)、锌(Zn)、钻(Co)、镍(Ni)等。这些重金属以不同的物理和化学的形态存在于水体、土壤和大气等生态环境中,并不断地发生迁移、累积(余粮,2011)。重金属的来源非常广泛,除了工业及农业生产排放污染之外,还有与日俱增的城市污染来源和重大污染事件等。工业能源大多以石油、煤炭为主,它们的燃烧和排放成为环境中汞、福、铬、铅、砷等重金属污染的直接源头,并且在采矿、选矿、冶炼、金属电镀、造纸、加工、运输等的工业生产中也会生成大量的重金属污染。农业生产中的污水浇灌和农药、化肥、地膜等的不合理利用也是重金属污染的主要来源。此外,随着城市的进一步扩张,生活垃圾、废旧电子设备的堆放和焚烧、汽车尾气的排放等也导致局部重金属污染浓度超标。这些具备毒性和致癌性的重金属难以被生物降解,并且可以在食物链中富集,不但会对人类和动物的健康造成危害,也会产生一系列环境问题(InyangM,etal.,2012;PelleraF-M,etal.2012).
 
  土壤的重金属污染状况也不容轻视,据统计,中国己存在上千万多公顷遭受到重金属污染的土壤,致使每一年超过1000万吨的作物减产,经济损失合计至少有200亿元。2005年广东韶关、2006年湖南株洲、2009年湖南浏阳、2012年广西龙江的福污染情况,一次次地让重金属污染直接对人类严重影响。
 
  国外也一样存在着重金属污染。20世纪50年代,日本熊本县汞污染引发“水误病”和富山县福污染致使“骨痛病”,敲响了保护环境的警钟;英国汽车制造厂的工人们因为铬污染爆发了皮炎;瑞士由于使用污水灌溉导致土壤中Cu\Cd\Zn大量累积,农作物受到了严重污染;澳洲存在土壤中Cd离子的含量为0.116.37mg/kg,10%的蔬菜没有达标的情况(张国印,等,2003);乌克兰森林中,A个目大量积累,土壤中铅和锌的含量接近致毒含量;美国新泽西州佩德里克敦的土壤及重金属都被福和铅污染;波兰约有50%的地表水不能达到水质的三级标准,可见重金属的污染己成为全球性问题。
 
  2、论文综述/研究基础。
 
  无机污染物,尤其是环境中的重金属,与有机污染物不同,具有非生物降解性,其生物有效性使得它们会对生物体产生剧毒性。很久以前,碳素材料就被用作金属污染土壤和水体的原位修复(ParkJH,etal.,2011)。近年来,生物炭被用作新兴的碳素材料来吸附土壤和水中的金属。然而关于生物炭对金属的吸附行为还存在不同的解释(BeesleyL,etal.,2010)。因此还需进一步研究了解关于重金属的吸附机制。生物炭是一个新兴的科学术语,定义为“在密闭容器中限氧条件下加热(一般小于goo度)如木材、肥料或树叶等的生物质得到的富含碳的产物”。生物炭的应用起源于亚马逊平原上的古印第安人,他们将生物质“削砍一炭化”,创造了黑土,当地称之为“TerraPretadeIndio"。通过对这种土壤的研究发现,生物炭大大改善了土壤的性能(LehmannJ,2009;LehmannJ,etal.2009)。Shackley等(ShackleyS,etal.2012)将其定义为“有机质在限氧条件下通过热化学转化形成的多孔性碳质固体,适于在环境中安全长期地储存。
 
  3、参考文献
 
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  4、论文提纲。
 
  第1章绪论
 
  1.1选题背景
 
  1.1.1重金属污染现状与治理方法
 
  1.1.2生物炭及其应用研究现状
 
  1.2国内外研究现状
 
  1.3研究内容与研究意义
 
  1.4技术路线与工作量
 
  1.4.1技术路线
 
  1.4.2工作量
 
  第2章生物炭的制备与理化性质
 
  2.1生物炭的制备原料
 
  2.2生物炭的制备方法
 
  2.3生物炭的理化性质测试
 
  2.4结果与分析
 
  2.5本章小结
 
  第3章生物炭对重金属的吸附作用
 
  3.1实验试剂与设备
 
  3.2实验方法与步骤
 
  3.2.1金属溶液的配置
 
  3.2.2生物炭的预处理
 
  3.2.3批实验研究
 
  3.2.4测试方法
 
  3.3实验结果与讨论
 
  3.3.1反应时间对Cu,Cd吸附的影响
 
  3.3.2生物炭投加量对吸附效果的影响
 
  3.3.3Cu.Cd的竞争吸附作用
 
  3.4本章小结
 
  第4章腐殖酸对生物炭吸附重金属的影响
 
  4.1实验试剂与设备
 
  4.2实验方法与步骤
 
  4.2.1金属溶液的配置
 
  4.2.2腐殖酸的配置
 
  4.2.3生物炭的预处理
 
  4.2.4批实验研究
 
  4.3实验结果与讨论
 
  4.3.1Cu.Cd的吸附动力学
 
  4.3.2生物炭投加量的影响
 
  4.3.3金属溶液初始浓度的影响
 
  4.3.4吸附等温线
 
  4.3.5溶液初始pH值的影响
 
  4.3.6反应温度的影响
 
  4.3.7腐殖酸浓度的影响
 
  4.4生物炭的吸附机理及腐殖酸的影响探讨
 
  4.4.1SEM分析
 
  4.4.2XRD分析
 
  4.4.3FT-IR分析
 
  4.4.4吸附机制
 
  4.5本章小结
 
  第5章生物炭对土壤中重金属的固定作用
 
  5.1实验试剂与设备
 
  5.2实验方法与步骤
 
  5.2.1土壤样品的采集和预处理
 
  5.2.2土壤柱实验内容与步骤
 
  5.3实验结果与讨论
 
  5.3.1自然条件下生物炭对土壤固定重金属的影响
 
  5.3.2酸雨淋滤条件下生物炭对土壤固定重金属的影响
 
  5.4本章小结
 
  第6章结论与建议
 
  6.1结论
 
  6.2问题与建议
 
  5、论文的理论依据、研究方法、研究内容。
 
  重金属不易降解及易通过食物链积累的特性,使其会对人类健康造成严重威胁,并引起一系列环境问题。因此有效地治理重金属污染的技术和方法函待开发。生物炭孔隙结构丰富,比表面积大,具有不会产生二次污染、高效且成本低廉等特性,在有机和无机污染治理中显示出了很强的实用性和广阔的应用前景。
 
  生物炭的应用既能避免废弃生物质资源的浪费,还能取得良好的环境效益,在去除污染的同时也能改善土壤和固碳减排,这与中国的可持续发展战略相符合。
 
  为了能更好地将生物炭处理重金属污染应用到实践中,需进行大量的实验来证明其有效性,并阐明机制,针对不同的污染情况选取最佳的材料和方法。因此,本次实验将使用不同种类的生物炭(玉米秸秆、小麦秸秆及玉米芯制备的生物炭),研究其对重金属污染的吸附性能,并探究其吸附机制。
 
  在实际情况中,重金属污染往往不是只有一种,而是多种并存的,这可能会引起各离子之间发生竞争吸附作用,对吸附效果产生不利影响。故本次实验选取Cue十和Cd2+离子为代表进行批实验,因为两者价态相同,同属于污染严重的重金属。通过改变溶液pH、吸附剂投加量、反应时间、温度及溶液初始浓度(比)进行吸附实验,通过实验数据分析吸附动力学、吸附等温线、金属的竞争吸附行为,使用比表面积分析仪、FT-IR红外光谱仪、SEM扫描电镜及XRD射线衍射仪对生物炭进行表征,探究吸附机制。并且加入腐殖酸这一天然有机质的代表物质进行研究,为在自然环境中生物炭的应用奠定实验基础。此外,设计土壤柱实验,在酸雨淋滤的情况下研究生物炭的施加对土壤固定重金属的影响,为重金属修复提供一定的参考。
 
  6、研究条件和可能存在的问题。
 
  (1)生物炭基本理化性质的测试方法目前并没有形成统一的标准,本次研究主要是参照土壤的相关测试方法进行分析的,可能不能准确地反映生物炭的各项性质,因此,对生物炭基本性质的测定方法还需要进一步开发研究,便于对比研究。
 
  (2)不同的热解温度也会影响生物炭的性质,本研究中并未对热解温度不同的生物炭进行性质的分析,需要进一步的补充。
 
  (3)研究中未涉及热力学的分析和模拟,这项工作对吸附实验是很重要的,后续还需进行更系统的研究。
 
  (4)实际环境中不仅是两种金属共存,其多为复合污染,包括多种重金属共存以及有机污染物与重金属的共存情况等,本次研究只选取了两种重金属离子作为代表进行了吸附实验,因此随后的工作需要对更复杂的污染情况进行研究,并加入实际环境中的其他因素等,更好地与实际应用结合起来。
 
  7、预期的结果。
 
  (1)实验中所用的三种生物炭的重金属含量均在污染限值以下,不会对环境造成污染。不同原料制备的生物炭性质不同,三种生物炭pH均为碱性,可用作酸性土壤改良剂。玉米秸秆生物炭和小麦秸秆生物炭的比表面积远大于玉米芯生物炭,并含有大量的Mg,Al,Ca等阳离子。
 
  (2)三种生物炭对溶液中的Cu和Cd均有一定的吸附效果,相同投加量的玉米秸秆生物炭对重金属的吸附量最大,其次是小麦秸秆生物炭,玉米芯生物炭的吸附能力最差。玉米秸秆生物炭对相同摩尔浓度的Cue十离子和Cd2十离子去除率都很高,均可达到98%以上,小麦秸秆生物炭对相同摩尔浓度的Cue十离子和Cd2十离子去分别可达到98%以上和80%左右,玉米芯生物炭对相同摩尔浓度的Cue十离子和Cd2十离子去除率分别为90%左右和20%左右。因此,玉米秸秆生物炭和小麦秸秆生物炭更适宜作为重金属污染的吸附剂。
 
  (3)研究中选取的Cu和Cd离子之间存在竞争吸附行为,Cu浓度的增加会进一步抑制Cd的吸附,两者会竞争生物炭的相同吸附位点,但由于Cu的水合离子半径较小,更容易发生置换反应,导致优先被生物炭吸附。
 
  (4)生物炭对重金属的吸附过程符合准二级动力学模型以及Freundlich模型。表明其存在多层吸附作用,是一个多步骤反应,并且化学吸附是主要的限速步骤。随着pH的增加,吸附量逐渐增大,随着温度的升高,吸附量也有小幅提高。
 
  (5)通过FT-IR和XRD的分析表明,生物炭对重金属的吸附与生物炭表面的一OH,C=O,O-H和C-OH等基团有关,发生络合形成沉淀。因此,生物炭的吸附机制是以物理吸附与化学吸附方式结合进行,包括直接的物理吸附、与生物炭表面官能团或离子结合或交换反应以及一些静电吸附等。
 
  (6)当溶液中存在腐殖酸时,能够促进生物炭对重金属的吸附,起到传递金属离子的载体作用,使得离子更多更快地与生物炭接触而被固定。腐殖酸并未改变生物炭的吸附动力学和等温吸附线的性质。
 
  (7)生物炭可以增强土壤对重金属的固定。在酸雨淋滤的条件下,施加生物炭使得土壤的缓冲能力增强,pH值更加稳定,Cue十离子和Cd2十离子的淋出率分别降低6.49%-28.95%,12.74%-37.99,减小了重金属迁移性带来的危害。
 
  

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