1、毕业论文 开题报告 环境工程 普鲁士蓝 /碳纤维修饰电极电催化过氧化氢的研究 一、选题的背景、意义 过氧化氢 （ H202） 又称双氧水，系无色透明液体，溶于水、醇及醚。是重要的氧化剂、漂白剂和消毒杀菌剂。在轻工业面广泛用作漂白材料。例如各种纤维、废纸脱墨、动物毛皮、油脂、象牙和草制品等的漂白，也用于半导体材料的清洗。金属电镀液的处理。在化工方面，广泛用于制备环氧化合物。有机过氧化合物和元机过氧酸等。在环保方面。可以用于杀菌和废水。废气处理。在医疗方面，过氧化氢用于消毒和一些疾病治疗。过氧化氢同任何化工产品一样。对人 体也有一定的危害作用。过氧化氢可致人体遗传物质 DNA损伤及基因突变，与各种
2、病变的发生关系密切。过氧化氢可导致老鼠及家兔等动物致癌。对人类具有致癌危险性。作为强氧化剂通过耗损体内抗氧化物质，使机体抗氧化能力低下，抵抗力下降，进一步造成各种疾病。过氧化氢可能导致或加重白内障等眼部疾病。其通过呼吸道进入可导致肺损伤。多次接触可致人体毛发。包括头发变白、皮肤变黄等。小分子过氧化氢经口摄入后很容易进入体内组织和细胞，可进入自由基反应链，造成与自由基相关的许多疾病。 而且 近年来我国烧碱产量不断增加，副产氢气量也逐年递增 。但是，长期以来，国内氯碱行业一直把开发新产品的重点放在氯产品上，忽略了加氢产品的开发，致使氢气放空现象严重。据统计，我国氯碱行业氢气的利用率只有 60左右，
3、造成了资源的严重浪费。 因此，对于过氧化氢的含量测定时非常有必要的。 二、相关研究的最新成果及动态 在测定过氧化氢的方法有很多，比如用已修饰的电极去测定，也可用色谱法、光谱法，甚至可以用各种普通的化学方法。在这些方法中，电极测定过氧化氢的准确度较高。下面就介绍几种用各种修饰材料的电分析方法。 利用 FeSO4 与 FeCl3 合成了超细磁性 Fe3O4纳米 颗粒 ， 并进一步利用该纳米颗粒与铁氰酸钾在酸性溶液 （ pH 2） 中的化学反应成功制备了一种新型的磁性普鲁士蓝纳米颗粒。通过磁力将其修饰于固体石蜡碳糊电极表面制成了化学修饰电极。该化学修饰电极可对过氧化氢和水合肼进行测定 ， 线性范围分
4、别为过氧化氢2 106 5 103 mol/L, 水合肼 7.2 107 3.6 104 mol/L。利用磁性普鲁士蓝纳米颗粒制得的修饰电极具有催化性能高、稳定性好、表面易更新等优点。 化学与生物传感器具有选择性好、灵敏度高、测定简便快速等优点，在各领域得到广泛的应用。但由于通常的化学与 生物传感器制作过程较为复杂，使用寿命有限，电极的更新常令人感觉烦琐，尤其在流动分析体系 （ 如用于 FIA和色谱检测器 ） 中对电极的更新处理更是非常不便。近来出现的基于高分子磁性微球的分离检测法能够很好地将生化物质的分离富集与检测集于一体。但该法要求被固定的物质能够与微球表面的醛基或羧基反应 , 而对于不易
5、进行此类反应的物质 , 则难以适用。 普鲁士蓝 （ Prussian blue， 简称 PB） 具有良好的化学稳定性、电催化特性及生物相溶性 ， 并且制备方便、成本低廉 ， 在化学与生物传感器中常作为电子中介体 ， 特别是纳米普鲁士蓝粒子 ， 由于其独特的电催化性能而受到人们的青睐。但是 ， 基于普鲁士蓝的化学修饰电极制作过程较复杂 ， 其制备方法主要是化学合成（ 掺杂 ） 法、电化学聚合法和电极表面自组装法等 ， 电极经多次测定后 ， 电催化性能会有所降低 ， 导致测定结果重现性差。 甲氧苄啶 （ TMP） 是磺胺类药物增效剂 ， 其化学名称为 5-（ 3， 4， 5-三甲氧基苯基 ） 甲基
6、 -2， 4嘧啶二胺。由于甲氧苄啶分子中在嘧啶环上有 2个氨基 ， 比较活泼 ， 容易发生氧化还原反应 ， 有文献报道用电化学方法对其进行检测。因此甲氧苄啶可在一定电位条件下进行氧化 ， 并能使氨基结合在玻碳电极表面 ， 从 而在电极表面修饰甲氧苄啶膜。修饰 电极在一定条件下可催化还原过氧化氢。该方法简便、快速 ， 电极使用寿命长 ， 具有很好的使用价值。 以 Ti（ n-OC4H9） 4和 CH3COOK为原料，采用溶胶 凝胶法在导电玻璃基底上制备 K2Ti2O5薄膜，进一步以 K2Ti2O5薄膜为前躯体，用离子交换法获得 TiO2纳米薄膜电极。 TiO2纳米薄膜具有锐钛矿晶型，其粒径随着
7、K2Ti2O5薄膜制备温度的降低而减小，约为 30 150 nm； TiO2纳米薄膜在 0.1 mol/L Na2SO4溶液中具有典型的光电化学活性以及较高的稳定性，比在含 少量草酸的溶液中采用溶胶 凝胶法制备的 TiO2薄膜具有更强的光激发和更稳定的光电流响应性能， TiO2薄膜电极的平带电位发生负移，负移值为 0.140 V（ vs SCE） ，饱和光电流密度为 0.32 mA/cm2。 三、课题的研究内容及拟采取的研究方法（技术路线）、难点及预期达到的目标 对过氧化氢的检测有好几种方法，主要用电分析化学方法检测。 化学修饰电极是目前最活跃的电化学和电分析化学的前沿领域之一 。 它是在电极
8、表面进行分子设计 ， 将具有良好化学性质的分子、离子或聚合物设计固定在电极表面 ， 使之具有特定的化学和电化学 性质。目前已应用于生命、环境、能源、分析以及材料科学和电子学等领域。由普鲁士蓝及其衍生物修饰的电极已引起人们的关注。使用醋酸纤维素覆盖沉积在玻碳电极表面的普鲁士蓝膜，有效地保护了 PB，使其在较高的 pH值下仍保持稳定。该修饰电极在 H2O2 的测定中展现出优良的性能，如线性范围宽、灵敏度较高、检出限低等。 制备了醋酸纤维素 （ CA） /普鲁士蓝 （ PB） 复合膜修饰玻碳电极 （ CA/PB/GCE） ，用于过氧化氢 （ H2O2） 检测。该修饰电极在中性缓冲液中对 H2O2 表
9、现出良好的催化响应。通常情况下 H2O2直接在贵金属电极 （如 Pt， Au）和碳电极（如玻碳电极、碳纤维、石墨糊电极和碳膜电极）上进行安培检测，但是这种方法需要较高的工作电极电势，使得在样品中可能共存的干扰物质如抗坏血酸、胆红素、尿酸等产生干扰电流，对实验结果产生影响。为了克服这些问题，自组装技术被应用到 H2O2的检测中。普鲁士蓝（ Pb）可以加速 H2O2 和电极之间电子转移的速率，这样工作电极电势就极大地降低，大约在 0.0V 左右（相对于 Ag/ACl）。如此低的电压使得 H2O2检测中极大地减少甚至避免了绝大部分干扰物质如抗坏血酸、胆红素、尿酸等产生的干扰。 在整个 论文进行中，其
10、难点主要是开始对研究该过氧化氢的研究方向，检测过氧化氢的主要方法的选择和考虑到电化学分析过氧化氢中所使用的仪器和试剂，并且溶液的 pH值、应用电势都对 H2O2 催化有影响。通过电极的稳定性和重现性，干扰实验中可以看出 CA/PB/GCE 修饰电极有着良好的重现性和抗干扰能力。醋酸纤维素的微孔结构为普鲁士蓝提供了保护环境并提高了其稳定性。原子力显微镜和扫描电镜显示普鲁士蓝被醋酸纤维素完全覆盖和保护，并且醋酸纤维素膜的孔洞促进了普鲁士蓝与外面缓冲溶液的接触。 四、论文详细工作进度和安排 2010.11 2010.12：查阅相关的科研实验文献资料，并整理归纳，充分做好理论方面的准备工作。并将至少一
11、篇典型的英文文献翻译成中文，要求理解。将阅览的文献资料梳理，写成文献综述，从而从大领域归纳本研究领域的发展现状和发展趋势，奠定将来科研的方向认识。撰写开题报告，论证设计课题的价值和可行性，并提供相关的资料。 2011.1 2011.3：对实验所需的仪器、材料等进行认识，要求会实验仪器，会处理材料。在指导老师的帮助下，逐步完成预设的实验内容。主要是对碳纤维进行处理活化，修饰电极后，在适当的底液中进行对过氧化氢的催 化测定。并研究酸度、电位、修饰量等的影响，最后确立最优化的实验条件，得到满意的实验结果。 2011.4 2011.5：将实验内容整理成论文形式，并查阅相关文献资料，探讨将来的研究方向，
12、总结本科研工作的心得体会。提交相关资料，将主要内容整理成幻灯片形式，反复演练，准备答辩。 五、参考文献 1 宋春林，张志丰，幺洪波，赵春梅，过氧化氢的供需现状和发展趋势，氯碱工业， 2010， 46， 4. 2 刘金平，周百能，白雪，谭文广，吴守国，中性溶液中过氧化氢的检测，中国科学技术大学学报， 2010， 40, 7. 3 孙岩峰，袁洪福，王艳斌，许育鹏，陆婉珍，近红外光谱用于过氧化氢含量的定量分析研究，分析化学研究简报， 2005， 33. 4 胡俊明，石丈鹏，林少彬，高效液相色谱法测定化妆品中过氧化氢的方法研究，中国卫生检验杂志， 2003， 13, 5. 5 凌敏，马涛，胡治流，普鲁
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