光合作用的理解篇1
关键词：光合作用高中生物教学概念过程意义
我在生物学教学过程中充分利用农业生产这一大课堂，结合授课内容，打破传统教学模式，使抽象的课本知识和生产实际结合起来，化抽象为具体，激发学生的学习兴趣，引导学生情不自禁地走进生物世界，热爱生物，进一步热爱生物学习。从而提高教学质量，取得良好的教学效果，使学生获得丰富的生物学知识。下面我就以光合作用为例，谈谈如何通过与农业生产实际相结合让学生加深对光合作用的理解。
一、光合作用概念
我们在农业生产中看到春种秋收，硕果累累，正所谓“春种一粒粟，秋收万颗粒”，那么，是谁为我们创造了如此丰硕的收获？那就是绿色的作物。还有，我们看到的森林，一片森林就是一个天然氧吧，我们房前屋后的花草树木能给予我们新鲜的空气，这又归功于谁呢？还是绿色植物。绿色植物的这种神奇功能就是光合作用，“光合作用是绿色植物通过叶绿体利用光能，将二氧化碳和水转化成储存能量的有机物质，并释放氧气的过程”。这里合成的有机物就是我们秋收的小麦、玉米、蔬菜、水果等。累累硕果，是我们直接或间接的食物来源，释放的氧气给予我们新鲜的空气，是我们的生命一刻都不能缺的，这些都是我们生存的物质基础。这样的讲解能加深学生对光合作用概念的理解。
二、叶绿体中的色素
同学们都能在自己的生活中看到，在夏季，麦田、树木、花草的叶片都是绿色的，而到了秋季，叶片却一天天变黄，这又是为什么呢？因为绿色植物在进行光合作用时，对光能的吸收是通过叶绿体中的色素完成的。通过叶绿体中色素的提取和分离试验，我们知道叶绿体中的色素有两类，一类叶绿素（约为总量的四分之三），它包括叶绿素a（呈蓝绿色）和叶绿素b（呈黄绿色）。另一类是类胡萝卜素（约为总量的四分之一），它包括胡萝卜素（呈橙黄色）和叶黄素（呈黄色）。由此可见，由于绿色的叶绿素比黄色的类胡萝卜素多，占优势，所以正常叶子总是呈现绿色。秋天、条件不正常或叶衰老时，由于叶绿素较易被破坏或先降解，数量减少，而类胡萝卜素比较稳定，叶片呈现黄色。这样讲学生就可以理解其中的原因了，至于红叶，那不是叶片中叶绿体的色素造成的，而是由细胞液泡中的花色素引起的。
三、光合作用的过程
光合作用的过程十分复杂，包括许多个化学反应，根据反应中是否需要光，可分为光反应阶段和暗反应阶段。光反应阶段所需的外因条件是光照，在叶绿体的类囊体薄膜上水被分解（），合成atp（aDp+piatp）。也就是说水被分解，产生氧气。将光能转变成化学能，产生atp，为暗反应提供能量。利用水分解的产物氢离子，合成naDpH，为暗反应提供还原剂naDpH。而暗反应阶段在叶绿体内的基质中进行，绿叶吸收的被固定，化合物被还原（]+atp（）+），光反应阶段和暗反应阶段是一个整体，在光合作用的过程中，二者是紧密联系、缺一不可的。在光反应和暗反应的整个过程中外部影响因素主要是光照强度、浓度、水分供给、温度等。所以在我们的实际农业生产中，为了制造更多的有机物质，提高作物产量，我们就要有意识地利用这些影响因素提高光合作用的效率。如在大棚蔬菜等植物栽种过程中，可采用白天适当提高温度、夜间适当降低温度（减少呼吸作用消耗有机物）的方法，提高作物的产量。又如二氧化碳是光合作用不可缺少的原料，在温室内提高二氧化碳浓度，有利于增加光合作用的产物。还如在建造日光温室时，调整方位，调整温室的受光面，就是为了增加温室内的光照强度，提高光合作用的效率，增加产量。光合作用的这个过程可理解为是“绿色工厂”为我们加工“食物”、制造氧气的过程，体现在农业生产上，那就是作物茁壮成长，开花结果。
四、光合作用的意义
光合作用为地球上所有生物的生存提供了物质来源和能量来源，所以，对于人类和整个生物界来说，光合作用具有非常重要的意义。
第一，制造有机物，是生命的物质来源。在农业生产中，春播数斤种，秋收千斤粮，所以绿色植物通过光合作用制造有机物的数量是非常巨大的。我们可把地球上的绿色植物看做庞大的“绿色工厂”。绿色植物的生存离不开自身通过光合作用制造的有机物。人类和动物的食物也都直接或间接地来自光合作用制造的有机物。
第二，把太阳能转化为化学能储存有机物中，是能量来源。绿色植物通过光合作用将太阳能转化成化学能，并储存在光合作用制造的有机物中。地球上几乎所有的生物都直接或间接利用这些能量作为生命活动的能源。
第三，使大气中的氧和二氧化碳的含量相对稳定。一片森林，一片草地，一片绿油油的庄稼，就是一个个氧气加工厂。室内摆设的花卉不仅是装饰的景色，而且是氧气的供应站。因此，地球上广泛分布的绿色植物不断通过光合作用吸收二氧化碳和释放氧，从而使大气中的氧和二氧化碳的含量保持相对稳定，为生命的存在做了保证。
光合作用的理解篇2
1.知识目标
（1）概述光合作用的光反应和暗反应阶段的化学反应，比较二者的区别和联系；
（2）从物质转变和能量转换的角度，简述光合作用的实质。
2.技能目标
（1）尝试对光合作用过程的图解进行创新性、自主性、探索性的学习；
（2）尝试利用“同位素标记法”探究H2o中的氢原子在光合作用中的转移途径；
3.情感目标
通过模仿学习科学家的研究方法，通过与老师和同学的合作学习与探究，体验自主学习、探究学习与合作学习成功的的乐趣。
二・教学重点和难点
1.教学重点及解决办法
2.（1）光反应和暗反应的场所与条件、物质与能量转换的关系。
3.（2）光反应和暗反应的区别和联系。
4.[解决办法]
5.（1）指导学生读书、思考、理解光合作用连环图，学习写分步反应式时，必须有场和条件，物质与能量的变化总是同时发生，才能表达其完整性和科学性。
6.（2）通过列表比较光反应和暗反应，启发学生归纳总结二者在物质和能量上的联系。
7.教学疑点及解决办法
8.（1）为什么光合作用是自然界最基本的物质代谢和能量代谢？
9.（2）为什么暗反应的第二阶段叫“还原”？
10.[解决办法]
11.（1）根据光合作用的生理意义，植物通过光合作用将无机物变成有机物，将光能转变为有机物内的化学能，而且还将这些物质和能量供给其他生物，没有光合作用，生物体内的物质代谢和能量代谢都无法进行。
12.（2）在暗反应中，C3化合物转变成C6H12o6，C3是一个得到氢的过程，所以，第二阶段叫“还原”。
三・教学与学法方法
板图、挂图、多媒体课件、实验，启发式讨论为主、兼用比较分析小结式讲述法。
四・学情分析
光合作用过程的的教学是本节的核心内容。教学时可从光合作用的总反应式入手，或从与初中阶段的光合作用总反应式的比较入手，可采用老师讲授，或学生讨论，或学生根据总反应式提出光合作用氧来源假设，即水中的氧是来源于水还是二氧化碳，还是共同来源于二者，条件好的班还可让学生想办法证明这些假设，以训练学生的实验设计能力。通过总反应式的分析，应使学生明确光合作用氧来源这一关键问题。
在学生理解了光合作用总反应式的基础上，使学生明确另一个重要观点，即光合作用是非常复杂的多步反应，总反应式不能表示光合作用具体的进行历程，这样很自然地就引入了光合作用的光反应和暗反应的过程的学习。
光合作用光反应与暗反应教学时，因为都是较为枯燥的化学反应过程，且又无法在实验中让学生看到这些变化，可采取图解、表解或多媒体动画的方式展示给学生，这样学生一是乐于接受，二是学生能“亲眼看到”物质的微观化学变化，也降低了理解这部分知识内容的难度。还应引导学生讨论光合作用的光反应与暗反应之间的区别和联系，尤其是二者的联系应多加注意。
光合作用的理解篇3
关键词：光合作用细胞呼吸“四图一表”
光合作用和细胞呼吸是高中生物学的核心知识，是高考的高频考点。一方面，光合作用与细胞呼吸是发生在细胞内微观的、动态的生理过程，相关速率受多种因素的综合影响，学生缺乏感性认识，难以理解。借助图表进行复习不仅能帮助学生进一步理解光合作用和细胞呼吸等重要概念，更能有效提高学生图表鉴析能力和整体解决问题的能力。另一方面，研究各地高考试卷发现，光合作用和细胞呼吸考点通常以图文结合的形式创设问题情境，考查光合作用和细胞呼吸的发生场所、生理过程、影响因素、实验探究等。此类问题的解决，不仅需要具有扎实的基础知识，还需要具有较强的图表分析能力。下面笔者就光合作用和细胞呼吸的核心知识和热点题型进行专题分析。
1.以结构模式图考查光合作用和细胞呼吸的场所
结构模式图是以图画形式直观反映生物体某一部分的形态特征。通过结构模式图可更好地理解光合作用和细胞呼吸高效、有序进行的原因，还可体现生物学的基本观点――结构和功能相适应。
应考策略：光合作用和细胞呼吸过程是非常基础而又重要的考点。知识储备方面，要把两者每一阶段的条件、场所、反应物、产物、影响因素等了如指掌。能力训练方面，要以教材中光合作用和有氧呼吸的过程图为基准，关注代谢模式图的变式，在“变中寻求不变”。
3.以数据表格考查光合作用和细胞呼吸强度
数据表格题以表格形式呈现数据，通过数据变化及关系反映生物学现象及规律，具有文字量小、信息量大、直观明了的特点。
光合作用的理解篇4
1探究背景
（1）生物传感器：
生物传感器是近几十年内发展起来的一中新的传感器技术，各种生物传感器都具有以下共同特点：包含一种或多种生物活性材料及能把生物活性表达的信号转化为电信号的物理或化学传感器，两者结合在一起，用现代化微电子的自动化仪表进行生物信息再加工，构成各种可以使用的生物传感器分析装置、仪器和系统。
（2）测量原理：
在各实验装置中，通过改变某一自变量研究光合作用强度大小，光照度传感器溶氧传感器电极置于实验瓶内，将测得瓶中溶解氧浓度的变化值传送至数据采集器接口进行实验数据的记录和分析。
（3）知识背景：
光合作用的实质是植物利用光能，把水和二氧化碳合成有机物同时释放氧气的过程，其中影响植物光合作用强度的环境条件有：二氧化碳浓度、光质、光强度、温度、酸碱度等。实验中设置不同自变量，利用水生蜈蚣草在进行光合作用过程中产生的氧引起水中溶解氧含量的改变，从而反映出相应环境因素对光合作用的影响。
2实验设备和材料
带USB接口的计算机，数据采集器，光照度传感器、溶氧传感器，朗威DiSLab软件，大小、苗岭、长势相同的水生蜈蚣草多株，光源，可密封玻璃瓶，水浴锅，自来水，冷开水，质量分数为0.125%的naHCo3溶液，质量分数为15%的HCl溶液，质量分数为15%的naoH溶液等。
3实验步骤
3.1学生准备
将全部学生均分为10组，其中每两组实验内容相同。全组成员分工合作，各司其职。
3.2进行实验
（1）材料预处理。将选好的等量水生蜈蚣草分别置于3只实验瓶内，放在暗箱内一夜。
（2）连接计算机、数据采集器及溶解氧传感器、光强度采集器，打开计算机，进入实验软件系统。点击“通用软件”，系统自动识别所接入的传感器，并显示溶解氧数值及光照度数值。
（3）分别将溶解氧传感器电极置于三瓶内，待示数稳定后测得瓶中溶解氧浓度初始数据。
（4）记录数据，实验数据见表1～表5
（5）实验数据分析：
①自来水和冷开水中溶解氧数值均下降，说明植物呼吸作用强度大于光合作用强度，且无二氧化碳时植物光合作用几乎不能进行。
②蓝光照射时光合作用强度大于红光照射，红光照射时光合作用强度大于绿光照射时。
③在一定光照强度范围内，植物光合作用随光照强度的增加而增强。
④温度较低，植物光合作用强度较温度适宜时弱，但当温度过高时植物光合作用强度急剧下降。
⑤实验瓶中加酸或碱时植物光合作用强度下降，且加酸后植物光合作用为负增长。
4交流与扩展
光合作用的理解篇5
现以《透镜》课例进行分析。
一、教材分析
透镜是照相机、投影仪、放大镜、显微镜、望远镜等光学仪器的最重要的组成部分，这些仪器与我们的生活实际联系紧密，因此研究透镜对光的作用和凸透镜成像是本单元的中心内容，而透镜这节是本单元最基础的部分，介绍透镜的基础知识及其对光的作用，因此本节的重点是正确理解透镜的会聚作用或发散作用，难点是对焦点概念的理解。
新课标的要求，了解什么是凸透镜，什么是凹透镜，什么是透镜的焦点、焦距。理解凸透镜和凹透镜对光的作用。观察实验，研究凸透镜对光的会聚作用和凹透镜的发散作用。
二、教学设计
1.复习光的折射：（5分钟）小组之间互相检查画的光路图。
2.自主学习：（5分钟）凸透镜对光线的会聚作用和光线的偏折方向并把它画出来；凹透镜对光线的会聚作用和光线的偏折方向并把它画出来。并且比较一下凸透镜和凹透镜与我们经常见到的什么镜片相似。如何用实验来研究呢，要想做实验，如何得到几条光线，怎样观察折射后的光线等。
3.合作探究（10分钟）小组之间合作探究光线经过凸透镜、凹透镜后的偏折方向，并且讨论如何办能获得几条光线，如何能观察的折射光线清晰；然后小组内总结出你得到的实验结论，能否用另一个实验来验证你的结论是否正确。根据小组合作探究学结区别凸透镜和凹透镜的方法。
4.小组展示（10分钟）每个小组选派代表把自己小组实验的设计，实验过程和结论展示出来，然后比较哪种做法更好，好在哪里，哪种做法需要改进，如何改进，评出本节课的优秀组。
5.自我总结，画出知识树（5分钟）。
6.当堂达标（3分钟）教师点评出错较多的题。
7.连接中考（2分钟）
教师的作用是及时地对学生在自学或合作学习中步入的误区进行纠正，及时对完成好的个人或小组给与肯定，随时解答学生在学习中提出的问题。帮助学生顺利完成学习任务，帮助学生拓宽知识视野。
三、指导学生用学习的知识解决相关问题
1.让学生先明确自己的任务和目的，从中理解和掌握知识。
2.在学习两个主要内容（凸透镜和凹透镜）时，通过学生活动（先画图，再做光路，然后实验验证，最后用所学知识解决问题）来完成。
3.最大限度地发挥学生的主动性和创造性，使学生的思维能力，观察能力和动手能力都获得很大程度的提高。
光合作用的理解篇6
1.1实验内容的选择要紧贴药学及相关学科实际
荧光分析技术的应用遍及药学、医学、生命科学、环境科学、工业、农业、材料科学、食品卫生和公安情报等诸多领域，其分析方法和技术手段也是日新月异，诸如三维荧光光谱技术、同步荧光测定、荧光探针技术、荧光免疫测定、导数荧光测定、空间分辨荧光技术等等，如此多的分析方法和如此广泛的应用范围，如果没有针对性地泛泛而谈，很可能调动不了学生的学习热情，实验教学效果也就不理想。那么如何在有限的课堂时间内，让学生汲取最有利于他们专业发展的知识内容，学会掌握有助于他们日后科研工作的分析操作方法呢？为此，教员专门针对药学研究生的专业特点，对教学内容进行筛选、取其精华，主要遵循以下原则：
1.1.1内容具有代表性选择荧光分析技术在药学领域中最具代表性的应用学科，例如药物分析、天然药物化学、生药学、药理学等。从以上相关学科中再选取比较有代表性的实验案例，例如“中药丹参中有效成分丹参酮iia的荧光光谱分析”就是学生的实验内容之一。通过典型案例让学生在有限的上课时间内，能够真正理解和掌握荧光分析技术在药学及相关学科的科研工作中的应用。
1.1.2内容具有前瞻性选择药学领域中的热门问题，利用荧光分析法予以解决。例如生物血清中微量小分子药物的浓度测定一直是学及相关专业研究的热点问题，为此在教学过程别向学生介绍利用荧光偏振免疫技术测定生物体内血清中微量小分子药物浓度的方法，让药学生了解当前临床上荧光分析先进技术，为他们在药物代谢动力学研究和临床药理及药效分析等研究方向提供有效技术手段。
1.1.3内容具有优越性选择荧光分析方法比其他分析技术更简便、快速、更具优越性的实例。例如，药学专业中关于中药鉴定及质量控制研究一直是药物分析的重点及难点，而三维荧光指纹图谱分析它能全面反映中药所含化学成分的种类与数量，进而反映并控制中药的质量，它相比色谱、液相等分析方法具有快速、方法简便、信息更全面等优点，在中药鉴定及质量控制中的应用越来越受到关注。因此教员选择“罗丹明B的三维荧光光谱分析”作为课堂实验教学的又一内容，专门将此作为教学案例进行讲解和操作演示，学生还可以将自带样品进行三维荧光检测及图谱分析练习，加强对三维荧光指纹图谱技术的理解及掌握。
1.1.4内容具有现实性把本单位相关学科的科研成果融入到实验教学中，一方面可以丰富教学内容，实现可研反哺教学；另一方面贴近现实，增强荣誉感，激发学生的科研兴趣及积极性。在设计性实验课上，要求学员结合自己的研究方向，自拟题目，选择合适的荧光扫描方式进行检测，进而分析图谱得出结论，使实验课内容紧贴药学学科实际，为今后的科研工作提供一种有力的工具。
1.2实验教学方法和手段要灵活多样
针对硕士研究生教学，应注重发现问题、分析问题和解决问题的能力训练和创新意识培养。教员采取多种教学形式。
1.2.1讲授与讨论相结合的实验教学方式对于荧光分析法的原理及药学相关学科的理论知识，大部分学生在本科及研究生期间的理论课上早已学习过，所以对于此部分内容可以采用回顾或提问的方式，大家一起讨论完成；对于有些荧光分析方法，例如荧光偏振免疫法、同步荧光分析法等，大部分学生初次接触，比较陌生，因此以讲授为主。这种教学方式很容易产生思维碰撞，变被动为主动，提高学习积极性。
1.2.2演示与实践相结合的实验教学方式在实验教学过程中注重仪器的分析测试功能和实用性，并以培养学生的主动学习能力和过硬的实践技能为首要任务，因此教员改变了以往的观摩教学模式，要求每位学生都要亲自上机操作，熟悉仪器使用方法及流程，突出学生在实验教学中的主体地位，这很大程度上也提高了学生的动手操作能力，为以后的科研及工作打下基础。1.3.3启发与引导相结合的实验教学方式实验课既是对实验能力的培养，也是对科学思维的培养。对于研究生一年级的学生而言，虽然已经掌握相关专业知识，但视野还不够开阔，思维方式不一定成熟。课堂上讲实验原理和实验操作的过程时，通过对比类似光学分析———紫外-可见分光光度法，引导学生思考荧光分析法的特点及操作注意事项等，启发他们主动思考和分析解决问题。
1.2.4利用典型案例加强创新意识培养创新意识需要平时的锻炼与培养，因此教员在设计教学内容时，注意结合典型案例讲解。例如介绍科研工作者将荧光偏振应用于免疫分析，建立荧光偏振免疫分析的理论与实验方法，启发学生在科研过程中要大胆尝试，不断创新。
2引入多媒体技术，提高教学效果
多媒体的应用可以使教学更加新颖、便捷，增加课堂信息量，教学内容生动、直观，而且有助于理解，在应用中能取得较好的效果。荧光光谱分析仪属于大型精密仪器，其仪器构造及实验原理光靠讲或书本学习还不够，对于学生反映理解比较有困难的一些抽象知识，采用Flas则可以很好地解决。因此在实验教学过程中，特地引入动画讲解，使静态的仪器构件动态化，整个激发发射过程形象化，能更好地加深学生理解和记忆。另外，为了调动学生的学习兴趣及积极性，也为了提高课堂教学效果，本科室专门制作了大型仪器操作视频，每次学生上机操作前，都会先收看操作视频，了解仪器原理及整个操作过程，然后教员结合关键点进行示教演示或讲解，使学生在短时间内迅速掌握荧光分析方法，取得事半功倍的教学效果。
3改革实验考核方式，培养综合素质人才
光合作用的理解篇7
一、理清经典实验，了解发现历程
在光合作用发现的历程中，有许多科学家做了大量实验，学生通过了解历史，可以从中领略前人的思维和方法。例如，普里斯特利的实验只是证明了空气可以被植物更新，不知道更换了什么气体。而且该实验没有设置对照实验：放绿色植物与没放绿色植物对照，结论可信度不高。教师在教学活动中，一定要阐明普里斯特利的实验只是第一步，后来还有许多科学家，例如，萨克斯、恩格尔曼、鲁宾和卡门等，他们前仆后继，共同努力，才发现了这一伟大的生理过程。从中体现出前人几十年努力得出的知识经验来之不易，要让学生知道大科学家的结论都有可能被修改和补充。作为学生，更应该总结前人的经验，刻苦学习，不怕挫折。
二、突破难点，注重考点
1.关于反应式的理解
本节课难点之一，是光与光合作用过程中的物质转变，课本给出的反应式：H2o+Co2（CH2o）+o2只表明了光合作用的场所、条件、原料和产物，较为笼统，并未表示出反应物和生成物的物质转化关系。利用同位素示踪法标记水和二氧化碳，先用氧的同位素标记水，产生的氧气全部有放射性。若标记二氧化碳，除了糖类有放射性外，部分水也有放射性，释放的氧气全部无放射性。因此，反应式又可以写成：Co2+2H2o（CH2o）+o2+H2o。此外，光合作用其实是一个非常复杂的生理过程，中间包括许多化学反应，但在许多试题中，总考到有关物质数量关系的计算，我们知道如果把产物写成最初的产物――葡萄糖，那么，总反应式又可以写成：6Co2+12H2oC6H12o6+6o2+6H2o。所以对反应的理解应该更加灵活。
2.关于各类因素对光合作用的影响
对光合作用有影响的主要因素有光照强度、二氧化碳浓度、水、矿质元素、温度等。难点在于多种因素对光合作用的影响。如下图所示：
以上三图综合分析，p点时，限制光合速率的主要因素应该为横坐标所示的因素，随该因素的一直加强，光合速率不断提高。当到Q点时，自变量所表示的因素不再影响光合速率，要想提高光合速率，可以提高其他因素的强度。各种办法相结合，可在学习过程中起到很大的作用。
3.关于光合作用和细胞呼吸之间的关系
呼吸作用这一生理过程和光合作用一样，同样在高中生物课本中占有极为重要的地位。以往的高考试题中，也是重要考点，其中实际光合速率、净光合速率和呼吸速率三者之间的关系尤为重要，真正光合速率等于净光合速率与呼吸速率之和。要让学生理解三者的表示方法，如净光合速率可以用氧气的释放量、二氧化碳的吸收量、有机物的积累量等不同方法来表示等。
三、对光合作用重要意义的理解
教师在教学活动中，要强调光合作用的重要之处，甚至伟大之处在于它对整个生物圈，整个地球的意义，具体表现如下：
1.提供有机物给整个生物界
地球上的植物每年约合成5×1011吨有机物，能直接或间接作为人类和动物的食物，地球上的自养植物，一年中通过光合作用约制造2×1011吨碳素，其中40%是由浮游植物制造的，另外60%是由陆生植物制造的。
2.为整个地球提供氧气
整个地球上，生物呼吸和燃烧的作用，每年使3.15×1011吨氧气被消耗，通过计算，可知大气层中包含的氧气将在3000年左右耗尽。但是，植物在吸收二氧化碳的同时也释放出5.3×1011吨氧气，所以，大气中的氧仍然维持在21%。
3.给人类社会的发展提供能量
光合作用的理解篇8
关键词：tio2；光催化技术；印染废水处理；催化剂
中图分类号：X791 文献标识码：a 文章编号：1009-2374(2011)04-0046-02
印染废水色度高、成分复杂，在处理技术上问题很多。目前使用较多的方法有缺氧一好氧生物降解、吸附、混凝沉淀等。传统生物方法对合成染料等不能进行有效降解。吸附技术虽然可以有效地对印染废水进行脱色和去除有机物，然而吸附剂的再生、回用却存在很多困难。混凝沉淀在处理过程中会产生大量的混凝污泥，从而带来了后续处理费用、难度加大的问题。光催化氧化法利用强氧化性自由基，氧化染料分子而实现脱色。其中，tio2化学性质稳定、难溶无毒、成本低，是理想的光催化剂。将tio2光催化氧化用于印染废水的处理，可以有效降解难降解的有机染料。本文对粉末状tio2光催化技术在印染废水处理中的研究进行了综述。
一、粉末状tio2光催化剂
粉末状tio2在废水中保持悬浮状态，在光照辐射下对染料进行降解。催化剂以粉末型存在，接触面积大、传质好，催化效率高，常用的催化剂为Degussap25。花日茂等以高压汞灯、UV灯、太阳光为光源，进行H2o2、tio2对酸性品红、活性大红、刚果红、结晶紫及混合染料等几种偶氮染料光催化降解。研究结果表明，以tio2为催化剂的光催化氧化法对染料废水的处理是可行性的。mohamad等用tio2作催化剂对偶氮染料间胺黄进行降解脱色，溶液能够完全脱色，并检测到反应过程中产生了羧酸，并最终生成了Co2和水，通过对反应过程的连续监测证实了tio2光催化对偶氮染料的降解途径。夏金虹采用溶胶一凝胶法制备tio2粉体研究锐钛矿型tio2粉体光催化降解印染废水的可行性和影响因素。结果表明，CoDcr为268mg/L的印染废水，用125w荧光灯照射2h，脱色率为96％，CoDcr去除率为86％。酸度、tio2用量、光照距离、光照时间等多种因素对光催化降解印染废水效果均有一定影响。同时做了tio2回收试验，结果表明，tio2催化性能比较稳定，可重复使用，且脱色率及CoD去除率较高。
二、tio2掺杂改性技术
tio2光催化剂只能在紫外光照射下起催化作用，不能利用能量较低的可见光光能，大大限制了其在实际中的应用。通过掺杂其它元素改变tio2晶体结构，使其禁带变窄的掺杂改性得到了广泛的应用。陈建华等采用溶胶凝胶法制备了多种离子掺杂的纳米tio2光催化剂。掺杂V、ag、ni、La、Fe能够有效提高光催化降解甲基橙的脱色率。R.asahi等发现氮替代少量的晶格氧可以使tio2的带隙变窄，在不降低紫外光下活性的同时，使tio2具有可见光活性。目前，非金属离子掺杂集中于n、C、B、S以及F、p等。HuangXianhuai等在ti(So4)2溶液中加入浓氨水得到氢氧化钛沉淀，在400℃-700℃下煅烧该沉淀，得到掺氮tio2，通过对甲基橙和苯酚的降解实验发现，掺n的tio2比纯的tio2有更高的活性。相关研究表明，多种元素的共掺杂往往能够比单一掺杂更加有效地提高tio2的可见光活性，提高其脱色效率。
三、技术应用研究
目前tio2研究工作大都以实验室自配废水作为原水进行，而实际生产过程中的废水的研究不多。pantelis等以希腊中部某纺织厂的实际生产废水直接作为试验用水，进行tio2的光催化研究，以400w高压汞灯作为光源，将tio2-废水悬浮液置于暗处30分钟，试验表明tio2光催化可以将含有活性染料及无机化合物和有机助剂的废水完全脱色并有效降低其中的toC，同时可以降低废水的毒性。赵洪等依据纳米二氧化钛制备及应用的小试试验基础上确定的工艺，设计了处理量为lt/d的中试装置，以难降解偶氮染料4BS为污染物配制的废水进行模拟试验。考察了初始pH、初始浓度、光照强度、催化剂循环使用次数对降解效果的影响。研究表明，该工艺能够有效地将染料褪色、降解，色度去除率达到95％以上，CoDcr去除率可达80％以上。
粉末状tio2缺点是光催化工艺后需要附加催化剂的分离工序，而tio2颗粒细小，且密度较小，传统的过滤、沉淀、离心等分离方法很难对其进行有效分离、回收：悬浮态二氧化钛颗粒对光的屏蔽作用也会影响光源的辐照深度，限制了悬浆体系太阳能光催化反应器的商业化推广应用。利用膜分离耦合tio2光催化技术实现tio2的分离回收，不仅效果好，而且操作简单、费用低。molinari等的实验证实，悬浮型光催化耦合分离膜可以对光催化剂和反应体系中不同性质的污染物进行选择性分离：而对于某些初始形态下不能被简单膜分离去除的重金属离子，通过光催化氧化与分离膜的耦合技术改变重金属离子的化合价态和存在形态，进而可以达到彻底的膜分离去除目的。prieto等用微滤膜/光催化反应器处理含有染料和助剂的废水，能够达到预期的去除率。金洛楠等采用中空纤维膜研制的光催化超滤反应器，以11w低压汞灯为光源，对染料废水有很好的降解效果，且粉末态催化剂能实现良好分离。
分离膜可以有效截留催化剂，但催化剂附着和有机物污染也会造成膜孔的堵塞，这是该工艺需要解决的主要问题。杨群豪等对悬浮床光催化一膜分离反应器中膜污染的控制进行了实验研究。结果表明，采用“水洗＋碱洗”的方法可以使膜阻力降低到清洁膜的水平，“间歇水逆洗＋膜下曝气”的方法可有效控制膜的污染。Doll等的实验也证实用微滤膜分离粉末态二氧化钛催化剂的光催化膜反应器耦合工艺配合适当的反冲洗工艺可使微滤膜在彻底分离光催化剂的基础上长时间保持较高的水通量。
四、结 语
粉末状tio2光催化氧化法在印染废水处理中的应用还处于实验研究阶段，应用于实际处理工艺还都存在一些问题。tio2存在禁带较宽、光利用效率不高和难回收等弊端。粉体tio2在使用过程中易凝聚、难回收，掺杂改性tio2的机制及具体过程仍未充分研究。负载或成膜tio2虽然可以克服粉体tio2的一些缺点，是今后的研究方向。tio2光催化和膜分离技术如何能够有效地耦合在一起，发挥各自优势，联合运用也逐渐成为研究的热点。随着研究的不断深入，tio2光催化技术将逐渐从实验走向工业应用。
参考文献：
[1]单国华，贾丽霞，印染废水处理方法及其研究进展[J]，广西轻工业，2007，(4)
[2]袁飞，徐晓丹，印染废水处理工艺的实践与探讨[J]，污染防治技术，2006，19(4)
光合作用的理解篇9
1BiVo4的性质及光催化机理
BiVo4是多晶型化合物[2],其中得到很好确定和表征的同质异构体有3种晶体结构:单斜白钨矿结构、四方白钨矿结构、四方锆石结构.在一定条件下,3种结构彼此之间可相互转化.四方相结构主要在紫外光区有吸收带,而单斜相结构除了在紫外光区有吸收带外,在可见光区也有明显的吸收带.单斜相结构和四方相结构在紫外光区的吸收都是借助于电子从o2p轨道跃迁到V3p轨道(如图1中的a和c),而单斜相结构在可见光区的吸收则是借助于电子从Bi6s轨道或者Bi6s和o2p的杂化轨道跃迁到V3p轨道(如图1中的b).BiVo4属于n型半导体,其充满电子的低能价带和空的高能导带之间存在着一个禁带,价带和导带的能量差称为禁带宽度.如图1中的b所示,当用能量等于或大于禁带宽度的光照射BiVo4时,其价带上的电子就会被激发,从价带越过禁带到达导带,从而在价带和导带上分别形成光生空穴和光生电子.光生空穴具有强氧化性,能将oH-氧化为•oH,•oH具有更强的氧化性,能够氧化多种有机物并使其矿化;而光生电子具有强还原性,能将o2还原成o2-•,从而参与氧化还原反应.
2BiVo4光催化剂的改性方法
BiVo4被激发产生的空穴/电子对虽然具有很强的氧化还原能力,但在实际应用中也存在一些缺陷:空穴易与电子复合,光催化效率较低;颗粒细小,使用过程中易流失,回收困难.因此,需要对BiVo4进行改性,以提高其光催化活性.
2.1表面金属沉积
沉积金属能改善光催化剂的活性,原因是金属与BiVo4有不同的费米能级.大多数情况下,金属的功函数要高于BiVo4的功函数,当二者接触时,电子发生转移,从费米能级高的BiVo4转移到费米能级低的金属,直到二者费米能级相匹配.在二者接触后形成的空间电荷层中,金属表面获得过量的负电荷,BiVo4表面显示出过量的正电荷,导致能带向上弯曲形成肖特基势垒,它是捕获光生电子的有效陷阱,可作为光生电子的接收体,使生成的电子向金属流动,而空穴则留在半导体上,从而促进光生电子和空穴的有效分离,使它们分别参与氧化和还原反应;另外,金属沉积也可以改变半导体的能带结构,更有利于吸收低能量光子以便于提高对光源的利用率.在目前的研究中,常见的沉积金属有ag、at、pd、pt等,这些沉积金属普遍提高了BiVo4的催化活性.Zhang等[3]将ag负载到BiVo4上,提高了BiVo4对废水的吸附性和光催化性,处理甲基橙120min后降解率达75%,远高于纯的BiVo4.Xu等[4]采用浸渍法制备了一系列Cu负载的BiVo4并用Cu/BiVo4光催化剂处理亚甲基蓝.试验发现:这种光催化剂的催化活性很大程度上取决于Cu的含量以及煅烧温度.处理质量浓度为10mg/L的亚甲基蓝时,加入含Cu量5%并且在300℃煅烧的Cu/BiVo4光催化剂,180min后脱色率几乎达到100%,而纯BiVo4光催化剂的脱色率仅为55%.
2.2复合半导体将2种不同禁带宽度的半导体复合,其互补性质
能增强电荷分离,抑制电子空穴复合,扩展光致激光波长范围,从而显示出比单一半导体更好的稳定性和催化活性.Long等[5]通过浸渍法合成了Co3o4/BiVo4,在可见光下,这种复合光催化剂对苯酚的降解具有很高的光催化性.当含Co量为0.8%、煅烧温度为300℃时,处理180min后苯酚降解率最高(达到96%),而toC从17.8mg/L降到2.52mg/L.说明Co3o4/BiVo4不仅降解了苯酚,而且有效矿化了苯酚.此外,Co3o4/BiVo4反应30min后沉降到反应器底部,能将光催化剂与水顺利分离.次立杰等[6]制备的BiVo4-Sio2复合半导体具有较宽的紫外-可见光吸收范围,光照120min后对亚甲基蓝的降解率可以达到90.3%.
2.3表面敏化
表面敏化是将光活性化合物以化学吸附或物理吸附于催化剂表面,降低半导体光催化剂的禁带宽度,使之吸收向长波方向移动,从而扩大激发波长范围.常用的光敏化剂有赤藓红B、硫堇、荧光素衍生物等.这些活性物质在可见光下有较大的激发因子,只要活性物质激发态的电势比半导体导带电势更负,就有可能使激发电子运输到半导体材料的导带,从而扩大半导体激发波长范围.陈海峰等[7]用酞菁钴敏化的BiVo4光催化剂降解甲基橙溶液时,敏化的BiVo4光催化剂比纯BiVo4的脱色率至少高1倍,且最佳样品在光照70min后对甲基橙的脱色率接近100%.
2.4金属离子掺杂
在BiVo4中掺入金属离子可能会在BiVo4晶格中引入缺陷位置或改变结晶度,从而在BiVo4的带隙能级中引入缺陷能级和杂质能级,使能量较小的光子激发BiVo4产生光电子,从而改变半导体的激发光波长.此外,掺杂可以导致载流子的扩散长度增加,延长光生电子和光生空穴的寿命.当掺杂价态高于金属离子的价态时,可以在局部生成光生电子的俘获中心,从而抑制光生电子与空穴的复合,提高BiVo4的光催化活性.Xu等[8]制备了一系列稀土(Ho、Sm、Yb、eu、Gd、nd、Ce、La)掺杂的BiVo4光催化剂,并在可见光下处理亚甲基蓝.由DRS分析看出,从紫外到可见光的吸收边缘偏移大小为:Ho3+-BiVo4
2.5催化剂固定化
光催化技术中,光催化剂的使用主要有2种形式,即直接使用BiVo4粉体的悬浮体系和将BiVo4负载到基体上进行催化反应.由于悬浮液透光性差,光照效率低,与废液反应后BiVo4粒子回收困难并易造成二次污染,因此在实际应用中存在很多问题.固定相光催化氧化反应是多相反应,即用表面积较大的吸附剂和光催化剂复合来处理废水.负载型光催化剂利用吸附剂能吸附有机物质及BiVo4能将其光催化降解的特点,两者结合在一起具有富集、浓缩、催化等协同效应.目前可应用的载体有:硅胶、活性氧化铝、玻璃纤维、海砂、层状石墨、空心玻璃珠、普通(导电)玻璃片、空心陶瓷球等.Zhang等[9]采用金属有机分解法成功地将BiVo4负载到掺杂F的Sno2玻璃(Fto玻璃)上,制备的负载型光催化剂为200~300nm的单斜晶型,BiVo4禁带宽度为2.43eV.这种光催化剂降解质量浓度为5mg/L的苯酚8h后降解率达95.6%,而且重复使用5次后光催化活性没有大的降低,稳定性很好.
3BiVo4光催化剂在环境治理中的应用
BiVo4光催化剂在环境治理中的应用研究主要集中在对印染废水、表面活性剂废水、水体中的微生物、无机污染物废水等污水的处理以及室内污染物的处理.
3.1BiVo4光催化剂在污水处理中的应用
3.1.1降解印染废水染料厂和印染厂排放的废水中有大量碱度高、色泽深、臭味大的染料或其他化学品,造成严重的环境污染,其中有的还含苯环、氨基、偶氮基团等致癌物质.因此,染料废水具有成分复杂、色度高、排放量大、毒性大等特点,处理难度较大.传统的生物法很难将染料废水处理到允许的排放标准,而光催化氧化法处理程度大大加强.Castillo等[10]采用火焰喷射合成法制备出球形的结晶度高的单斜BiVo4,能将亚甲基蓝去甲基化转换成天蓝色的中间体,180min后脱色率达80%以上.Zhou等[11]利用超声化学法合成单斜的钒酸铋,在可见光下对甲基橙作用30min后其脱色率达90%.Yin等[12]采用液相法合成时加入了十六烷基三甲基溴化铵,处理浓度为10-5mol/L的罗丹明B70min后,脱色率几乎达到100%,而且重复使用5次后还具有很高的光催化活性.安风霞等[13]处理直接耐酸大红4BS降解率达98.9%,重复使用5次后降解率达80.8%以上.林茹[14]研究了BiVo4对活性翠蓝4GL的降解效果,发现在24h内能改变活性翠蓝4GL的分子结构,使之不能保持水中的溶解状态而发生团聚和沉降.
3.1.2处理表面活性剂废水日常生活废水中含有大量的表面活性剂,易产生异味和泡沫,而且还会影响废水的生化特性.用BiVo4催化剂分解表面活性剂可取得较好的效果.Kohtani等[15]制备的ag/BiVo4光催化剂能吸附到非离子表面活性剂4-n-壬基苯酚(np)和4-n-辛基苯酚(op)上并进行催化,处理10min后4-n-壬基苯酚被完全降解.
3.1.3杀灭水体中的微生物BiVo4在可见光下即可被激发,产生的空穴具有很强的氧化能力,能在短时间内直接破坏微生物的细胞壁和细胞膜,使细胞内部的内容物流出,破坏细菌的增殖能力而使微生物死亡,从而达到抑菌的目的.谢宝平[16]将大肠杆菌加入到单斜BiVo4光催化剂稀释液中,可见光照射60min,大肠杆菌存活率下降了81%,照射90min后,大肠杆菌全部被杀灭.
3.1.4处理无机污染物废水除有机物外,BiVo4也可以降解许多无机物.胡文娜等[17]采用化学沉淀法制备了BiVo4,研究了BiVo4对水体中6价铬的还原作用的影响,探讨了焙烧温度和焙烧时间对光催化剂BiVo4催化活性的影响.3.2BiVo4光催化剂在室内环境治理中的应用室内有害气体主要来源是室内装饰材料及家具,它们能挥发出甲醛、苯等具有挥发性的有机化合物,长期被人体吸收就会产生一系列的安全隐患.目前,去除室内空气污染物的方法主要有物理吸附法、化学中和法、空气负离子法等.但以上方法存在吸附饱和、制造复杂、成本高且不能再生使用等缺陷,不利于可持续发展.而光催化法因其可重复利用,成本低,对有机污染物分解彻底而得到广泛的应用研究.可见光催化剂BiVo4通过光催化作用可将吸附于家具电器等物品表面的有害物质氧化分解,从而降低这些物质在空气中的浓度.索静等[18]制备的Cu-BiVo4复合光催化剂在可见光条件下照射5h后对甲苯的降解率达到90%.
关键词：可降解塑料光降解生物降解光-生物降解塑料
引言
塑料这种材料已经广泛应用到国民经济各部门以及人民日常生活等各个领域。但是塑料这种材料在自然环境中难以降解，随着其用途的扩大，带来产量的增加，因此导致了严重的环境污染问题。传统的处理技术（焚烧、掩埋等）存在一定的缺陷，回收利用也存在着局限性，而且这些处理方式都不能从根本上解决问题。因此开发可降解塑料来解决废弃物难以处理的问题是一个重要的课题。
一、可降解塑料的定义
可降解塑料虽然至今在世界上没有统一的标准化定义，但是美国材料试验协会（aStm）在通过研究相关术语的标准对其定义：在特定的环境下，其化学机构发生明显变化，并用标准的测试方法能测定其物质性能变化的塑料。这个定义基本上与降解和裂化的定义相一致。
二、降解塑料的分类及降解机理
1.光降解塑料
光降解塑料包括合成型也叫共聚型、添加型两种，该种塑料在日照下会受到光氧作用并吸收光能，光能主要为紫外光能，因此而发生自由基氧化链反应以及光引发断链反应，从而降解成对环境安全无害的低分子量化合物。
其中通过共聚反应在高分子主链引入感光基因而得到光降解特性的为合成型降解塑料，这种塑料通过调节感光基因含量来控制其光降解活性。目前某些可用于包装袋、容器、农膜等范围的乙烯―Co共聚物和乙烯―乙烯酮共聚物已实现工业化。通过将光敏助剂添加到高分子材料中而制造成的为添加型高分子光降解材料，这种类型的塑料其降解原理为光敏剂会受到紫外光的诱导，将它添加到塑料中可以引发并加速塑料的光氧化。光敏剂在光的作用下可离解成为具有活性的自由基，因此该类型塑料的光降解特性是由光敏剂的种类、用量和组成决定的。
降解塑料向深层发展的一个标准是可控光降解塑料，它在具备光降解的特性的同时，还应该具备特定的光降解行为。它被要求能控制诱导期内力学性能，并保持该性能在80%以上。因此要达到这个标准就必须对光敏剂的使用有更高的要求，在光敏剂可控制光氧化曲线的同时，也要注重控制光氧化的时间。
2.生物降解塑料
在自然界中受细菌、霉菌等微生物作用而降解的塑料为微生物降解塑料，该类型塑料的种类有部分生物降解型、完全生物降解型、化学合成型、天然高分子型、掺混型、微生物合成型和转基因生物生产型。
在微生物作用下能完全分解成Co2和H2o的为最理想的生物降解塑料，通过研究可发现，酶在塑料水解、氧化的过程中发挥着极其重要的作用，是生物降解的实质。酶会导致主链断裂，从而相应的降低相对分子质量，使其失去机械性能，以便于微生物对其更容易的摄取。
生物降解必须满足三个条件，经历三个阶段。
条件为：微生物（真菌、细菌、放射菌）的存在。
拥有氧气，并要求一定的湿度，还要有无机物培养基的存在。
适宜的温度范围为20～60摄氏度，pH范围在5～8之间。
三个阶段为：
初级生物降解――在微生物作用下，塑料等化合物的分子化结构发生变化，使原材料分子的完整性被破坏。
环境容许的生物降解――原材料中的毒性可以被去除，以及人们所不希望的特性的降解作用同样可以除去。
最终生物降解――塑料通过生物降解，被同化成微生物的一部分。生物降解过程中主要的三种物理化学反应：
物理作用――微生物细胞生长在对塑料的机械破坏中起着重要作用。
化学作用――微生物在破坏中会产生某些化学物质，起到化学作用。
酶直接作用――本质为蛋白质的酶，含有20多种氨基酸，它们能降低被吸附塑料分子和氧分子的反应活化能，以此来加速塑料的生物分解。
3.光-生物降解塑料
顾名思义，这种塑料兼具生物和光双重降解功能，使得其达到完全降解的目的。光降解高分子材料有两种：淀粉型和非淀粉型，其中较为普遍的是采用高分子的天然淀粉作为生物降解助剂。这种在高分子材料中同时添加自动氧化剂、光敏剂以及生物降解助剂等作为配置方法，来达到光-生物降解的复合效果。含有多种化学物质而形成的非淀粉型光和生物降解体系已广泛应用于吹塑制成可控降解地膜，在应用过程中发现，该薄膜不仅具备保温、保湿和力学性能，还具备可控性好、诱导期稳定等优点。
目前，光-生物降解塑料处理工艺的关键是淀粉的细化很热结构水的脱除，处理设备复杂，因此产品的质量难以控制。由于其设备的投资需要的资金大，复杂的工艺以及缺少该方面的人才技术人员，导致其市场化、产业化的发展步履维艰。
总结：
近年来在国内外，可降解塑料的开发与研究已取得了一定进展，但是其技术有待进一步优化，工艺需要不断完善，市场化的推广也要加大力度，采取有效措施降低成本、拓宽用途、提高性能等。更要注意的是降解塑料在世界上没有统一的定义，也缺乏确切的评价，识别标志、产品检测没有完整的体系导致市场混乱。
从长远发展的角度看，当代人们的环保意识不断加强，降解塑料的市场化是一种必然的趋势。当前相对较成熟的是光降解塑料技术，生物降解技术由于其处在发展阶段，因此是开发的热点，光-生物降解技术则是主要开发方向之一。
参考文献：
[1]裴晓林；应用基因组改组技术选育L-乳酸高产菌株及其发酵工艺研究[D]；吉林大学；2007年.光合作用的理解篇10