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水净化用卤胺改性二氧化硅纳米纤维膜的制备及硫醇降解性能研究

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水净化用卤胺改性二氧化硅纳米纤维膜的制备及硫醇降解性能研究

作者：戴建武东华大学

学位级别：硕士

近年来,经济的快速发展和进步使得工业的发展速度快速提升,各类化工厂的创建规模也在相应地不断扩大,从而导致我国各城市对于污水处理的压力增大,水污染问题日益严重,携带大量硫醇污染物的污水不仅严重威胁到人类的生命健康安全,同时污... 详细信息

近年来,经济的快速发展和进步使得工业的发展速度快速提升,各类化工厂的创建规模也在相应地不断扩大,从而导致我国各城市对于污水处理的压力增大,水污染问题日益严重,携带大量硫醇污染物的污水不仅严重威胁到人类的生命健康安全,同时污水中散发出的臭味也对周围的环境造成了严重的危害。因此,急需采取一定的措施来处理污水中的硫醇污染物以保证人类的健康。目前对于污水处理的常用的水净化技术有物理吸附法、生物降解法、化学降解法等。其中,化学降解法是一种投资费用低、效率高、适用范围广的治理手段,但绝大多数的降解材料存在降解效率低、降解活性低等缺点,而卤胺类降解材料具有降解效率高且稳定、安全无毒,可再生等优点,使其在水净化领域具有更高的研究和使用价值。其中,卤胺纳米纤维材料更是国内外学者的研究热点,纳米纤维材料具有更大的比表面积和孔隙率可有效增大材料与硫醇分子的接触面积,从而提高硫醇降解效率。因此,开发应用于水净化领域的硫醇降解效率高且稳定的卤胺纳米纤维材料是一项十分有意义的工作。本课题首先以1,4-二氯甲氧基丁烷来对原料聚醚砜(PES)进行氯甲基化改性,从而制备出氯甲基化改性聚醚砜,然后通过静电纺丝技术和化学接枝,将卤胺小分子5,5-二甲基乙内酰脲(DMH)经亲核取代接枝在氯甲基化改性聚醚砜上,制备出卤胺接枝的氯甲基化改性聚醚砜纳米纤维膜,但由于所制备的纤维膜活性氯含量低(3200ppm),对硫醇的降解量低,降解时间长,不能满足快速降解硫醇的需求,因此,我们合成了一种新的卤胺材料接枝在纳米纤维膜上。首先以静电纺丝技术制备出杂化的二氧化硅纳米纤维膜,该膜以聚乙烯醇为模板,然后以5,5-二甲基乙内酰脲和3-氯丙基三乙氧基硅烷为原料,通过化学合成制备出基于有机硅烷的卤胺化合物5,5-二甲基-3-(3’-三乙氧基硅丙基)-乙内酰脲聚合物(PSPH),接着通过化学接枝将PSPH分子与二氧化硅纳米纤维膜进行共价结合,最后通过氯漂处理工艺成功制备出具有硫醇降解性能优异的卤胺接枝改性的二氧化硅纳米纤维膜。所得到的纳米纤维膜中各纤维相互交错、高度交织形成三维的非织造状多孔通道结构,这将极大地利于水的流通;此外,其活性氯含量高(7363 ppm),且分布均匀,具有优异的降解稳定性和氯漂可再生性能。使用十二硫醇作为硫醇模板,对所制备的卤胺改性二氧化硅纳米纤维膜进行硫醇降解研究以及水净化应用实验,结果表明,所得到的氯化后的纳米纤维膜可通过释放具有强氧化性的Cl使水中的十二硫醇分解,仅15 mg的纤维膜能在30 min内降解完50 ppm的十二硫醇。在动态水净化应用中,直径为20 mm的纤维膜,对十二硫醇含量为100 ppm的污染水的降解率将近达到100%,其降解效率高,处理通量大(水通量为25000 L·m·h)。该类卤胺改性二氧化硅纳米纤维膜的成功制备,将为开发新型多功能硫醇降解纳米纤维材料提供新思路。

关键词： N-卤胺静电纺丝纳米纤维膜水净化

纤维素纳米纤维/MXene基光热转换气凝胶的制备及其水净化研究

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纤维素纳米纤维/MXene基光热转换气凝胶的制备及其水净化研究

作者：杨帅东北林业大学

学位级别：硕士

自人类第一次工业革命以来,全球淡水资源由于地域分布不均衡及日渐加剧的污染等原因愈发紧张。海水作为储量最为丰富的水资源,但由于其中盐分较高,无法直接被人们所使用,而目前较为成熟的海水淡化技术往往伴随着较为严重的能源耗费。因... 详细信息

自人类第一次工业革命以来,全球淡水资源由于地域分布不均衡及日渐加剧的污染等原因愈发紧张。海水作为储量最为丰富的水资源,但由于其中盐分较高,无法直接被人们所使用,而目前较为成熟的海水淡化技术往往伴随着较为严重的能源耗费。因此,以光热转换材料为核心的太阳能驱动水蒸发技术由于无需额外的能源耗费而越来越受到大家的关注。纤维素纳米纤维(CNF)作为自然界储量极为丰富的生物质资源,具有来源广、导热系数低、表面官能团丰富和亲水性强等优点,故而有望能够成为优异的太阳能驱动光热水蒸发器基底。但CNF本身对太阳光的吸收能力有限,这也是限制其应用于海水淡化的主要因素。因此,本文以生物质CNF作为主要的三维结构基底,引入高效的吸光材料,设计并制备了三维多孔的高效太阳能驱动界面水蒸发器。主要研究内容与结论如下:(1)通过原位生成氟化氢刻蚀法,刻蚀MAX得到了单层/少层的二维碳化钛(MXene)。以CNF作为三维多孔基底,MXene为主要的光热转换材料,二者由于表面均具有极为丰富的羟基,可以通过氢键交联得到CNF/MXene(CM)气凝胶。实验结果表明,将MXene引入到CNF气凝胶之中所得到的CM气凝胶水蒸发性能优异,在1sun的太阳光下,CM气凝胶的水蒸气蒸发速率达到1.40kg m h,且实际应用于海水淡化时,仍能保持较高的水蒸速率。(2)为了提高CM气凝胶的性能,以典型的窄带隙半导体四氧化三铁(FeO)作为吸光增强剂,通过FeO表面修饰聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)使其带上正电荷,通过与CNF和MXene进行静电自组装以制备CNF/MXene/FeO(CMF)气凝胶。实验表明,FeO的加入并未降低复合气凝胶的亲水性,同时还能够大幅提高CMF气凝胶的水蒸气蒸发速率,达到了1.64kg·m·h。在实际应用于海水淡化时,复合气凝胶能够达到了1.65kg·m·h的高水蒸气蒸发速率,并在10次循环后依旧保持较高的性能。(3)为了进一步的提升复合气凝胶的水蒸气蒸发性能,通过软模板法和磁场辅助法相结合的方法制备了镍纳米链后,使用PDDA修饰Ni链,通过静电自组装与CNF和MXene进行复合制备得到CNF/MXene/Ni链(CMN)气凝胶。实验表明CMN气凝胶在1 sun下的水蒸气蒸发速率达到1.85kg·m·h,将CMN气凝胶应用于海水淡化时,CMN气凝胶不仅依旧保持了1.81kg·m·h的高效水蒸气蒸发速率,还能够有效的将海水中的主要金属阳离子去除。另外,CMN气凝胶对海水中重金属和有机污染物的截留率同样高达99%。

关键词：纤维素纳米纤维 MXene 太阳能界面水蒸发水净化镍链

石墨相氮化碳光催化分离膜在水净化中的应用研究

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石墨相氮化碳光催化分离膜在水净化中的应用研究

作者：李柳新长安大学

学位级别：硕士

实际废水中复杂的污染物成分对水净化提出了新的挑战,将光催化材料与膜分离技术结合可有效消除膜污染,增加分离膜的使用寿命,解决粉末光催化剂难回收问题。基于上述背景,本论文首先通过形貌调控对块体石墨相氮化碳(g-CN)进行改性,制备... 详细信息

实际废水中复杂的污染物成分对水净化提出了新的挑战,将光催化材料与膜分离技术结合可有效消除膜污染,增加分离膜的使用寿命,解决粉末光催化剂难回收问题。基于上述背景,本论文首先通过形貌调控对块体石墨相氮化碳(g-CN)进行改性,制备得到海藻状g-CN,随后通过真空自组装构筑高性能g-CN基光催化分离膜,实现对复杂废水的有效净化。本论文的主要研究内容包括:(1)针对块体g-CN光响应范围窄、比表面积小、电子-空穴(e-h)易复合问题,通过形貌调控策略合成了多孔海藻状g-CN光催化剂。这种特殊的形貌增大了比表面积,拓宽了可见光吸收范围,降低了带隙,促进了电子和空穴的分离,显著提升了g-CN的光催化活性。而后通过单一组分海藻状g-CN的真空自组装构筑光催化分离膜(SCN-X),用于多功能水净化。独特的多孔海藻状结构增加了膜的比表面积和亲水性,有利于对可见光的吸收和利用,提高了e-h的分离效率,赋予了SCN-2膜优异的综合水净化性能,可高效分离5种水包油乳液,最大通量为3114.0±113.0 L m h bar,最高效率为97.4±0.1%。同时,SCN-2膜具有优异的光催化性能,对有机染料罗丹明B(Rh B)、亚甲基蓝(MB)和结晶紫(CV)的降解效率高达100.00%,对两种细菌的抗菌效率也接近100.00%。此外,SCN-2膜具有长期水净化潜力,在连续油水分离和染料降解实验中表现出色。这项工作为使用单一材料实现多功能光催化分离膜的简便构建提供了可能性。(2)为了进一步提升SCN-X膜的分离通量,将海藻状g-CN(SCN-X)与g-CN纳米微球(CN)复合构建g-CN复合光催化分离膜(CCNX)。CN的加入优化了膜的孔隙结构和传输通道,大大增加了复合膜的油水分离通量和循环分离次数:CCN2膜对5种水包油乳液的分离通量都得到大幅提升,最大通量为5738.6±229.7 L m h bar。同时,CCN2膜在连续60次分离循环后仍保持优异的分离能力,通量超过1327.0 L mh bar,效率超过95.5%。此外,两种材料的复合并没有降低分离膜卓越的光催化性能,CCN2复合膜仍具有出色的光催化能力,对Rh B和MB降解效率超过98.13%,对两种细菌的抗菌效率也超过93.37%。这项工作为推动多功能g-CN基膜实现复杂废水净化提供了新思路。

关键词：石墨相氮化碳形貌调控分离膜油水分离光催化抗菌水净化

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面向高效水净化的环糊精超分子聚合物研究

面向高效水净化的环糊精超分子聚合物研究

作者：王贺天津大学

学位级别：硕士

目前，世界面临严峻的水资源短缺问题，污水净化处理作为解决该问题的有效途径，引起人们广泛关注。污水中往往包含多种污染物，包括染料、药物残留、重金属、肥料、人畜排泄物、病菌等。本文以环糊精为原料，针对水体中多种污染物设计... 详细信息

目前，世界面临严峻的水资源短缺问题，污水净化处理作为解决该问题的有效途径，引起人们广泛关注。污水中往往包含多种污染物，包括染料、药物残留、重金属、肥料、人畜排泄物、病菌等。本文以环糊精为原料，针对水体中多种污染物设计了一系列交联环糊精聚合物（CDP），并研究了其去除水中常见有机污染物、尿素、阴离子染料和细菌的性能。　　（1）针对性质稳定、不易分解的芳香族有机污染物，设计了一种多孔的富含苯环并且含有多种官能团的吸附剂。使用四氟对苯二腈对三种苯氨基甲酰化β-环糊精衍生物进行二次交联得到X-CDP。X-CDP对四环素在平衡状态下的最大吸附能力可达到110.56mg·g-1。X-CDP去除污染物的速度非常快，在30s内吸附量可达到平衡吸附量的近95％，速率常数达到2.32g·mg-1·min-1。此外，X-CDP具有良好的可重复使用性，在五个循环后污染物去除率仍能达到86.7%。　　（2）针对分子量较小、难以通过蒸馏法和吸附法分离的人畜排泄物尿素，设计合成了一种绿色的固定化酶材料用于尿素的催化分解。高碘酸钠双醛化柠檬酸交联的环糊精用作脲酶的载体，脲酶上的氨基通过Schiff碱反应与载体上的醛基共价结合，得到脲酶固定化CDP（UrCDP）。实验证实了脲酶在聚合物上的成功固定，并且具有良好的尿素去除效果。UrCDP34-6、UrCDP34-4和UrCDP34-2对尿素的最大去除量分别达到145.7mg·g-1、242.1mg·g-1和291.1mg·g-1。使用简单的连续流处理装置，证明UrCDP具有一定的连续去除尿素的能力。　　（3）针对环糊精聚合物难以吸附的阴离子染料以及水体中存在的致病菌，基于带正电荷的季铵盐与磁性环糊精聚合物制备了磁性抗菌吸附剂（QMCDP）。该材料易于从体系中分离，可通过季铵盐的正电荷与阴离子染料发生静电相互作用，因而对染料表现出较好的吸附能力。QMCDP1、QMCDP2对橙黄G的最大吸附量分别可达到85.769mg·g-1、34.775mg·g-1，对甲基蓝的最大吸附量分别可达到278.57mg·g-1、174.50mg·g-1。吸附过程可以在10min内完成。QMCDP2具有非常优异的杀菌能力，对金葡菌的去除率达到99.47%。吸附染料后的抗菌实验证明了QMCDP2具有同时发挥吸附与抗菌两种功能的潜力。

关键词：环糊精超分子聚合物水净化

农业废弃生物质制备的生物炭在水净化应用的研究进展

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土壤科学 2024年第2期12卷 37-45页

作者：米合日班·麦麦提李雪玲金前伊犁师范大学微生物资源保护与开发利用重点实验室新疆伊宁

将可再生的农业废弃生物质制备成化学性质稳定的生物炭已经成为农业废弃物资源化的重要手段之一。生物炭是一种碳含量高的材料,具有离子交换能力强、比表面积大和结构稳定等优异特征。本文综述了生物炭的制备及改性方法,并对其在水净化... 详细信息

将可再生的农业废弃生物质制备成化学性质稳定的生物炭已经成为农业废弃物资源化的重要手段之一。生物炭是一种碳含量高的材料,具有离子交换能力强、比表面积大和结构稳定等优异特征。本文综述了生物炭的制备及改性方法,并对其在水净化领域中的应用进行总结和讨论。生物炭主要有水热、热解和焙烧三种制备法,常见的改性方法有物理法、化学法和生物法,可以通过设置制备和改性过程,为特定的生态环境应用进行定向的生物炭设计。生物炭已经在水净化方面有广泛的实际应用,同时也面临着各种各样的限制。综上所述,生物炭在生态环境中具有广阔的应用前景,其应用机理有待更深入的研究。

关键词：农业废弃物生物炭水净化修复应用

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海口市学校饮水净化前后水质卫生状况

中国学校卫生 2018年第12期39卷 1915-1917页

作者：关清陈曦寇彦巧陈洪袁坚林少彬海南省海口市疾病预防控制中心 570100 中国疾病预防控制中心环境与相关产品安全所

目的调查海口市学校饮水经水质处理器净化前后水质卫生监测指标变化,评价饮水卫生状况。方法采用配对采样方法,于2015年3-4月采集海口市39所学校56台水质处理器净化前后的水样,对细菌总数等14项指标进行测试,比较净化前后的差异性及指... 详细信息

目的调查海口市学校饮水经水质处理器净化前后水质卫生监测指标变化,评价饮水卫生状况。方法采用配对采样方法,于2015年3-4月采集海口市39所学校56台水质处理器净化前后的水样,对细菌总数等14项指标进行测试,比较净化前后的差异性及指标之间的关联性。结果14台反渗透纯水机净化市政末梢水后,93%达到直饮水标准,6项指标降低,浑浊度与耗氧量及总硬度、溶解性总固体与总硬度及氟化物的变化量存在相关性(r值分别为0.52,0.51;0.81,0.44,P值均净化非市政末梢水后,81%达到直饮水标准,4项指标降低,3项指标升高,细菌总数与总大肠菌群、pH值与浑浊度、氯化物与细菌总数及总大肠菌群的变化量之间存在相关性(r值分别为0.85,0.51,-0.39,-0.40,P值均净化后,大部分检测指标明显降低,饮用水卫生状况显著改善,但不能完全达到直饮水标准;部分指标存在升高情况,提示可能存在二次污染。部分检测指标的变化量之间存在相关性。

关键词：饮水水净化对比学生保健服务

银—碳核壳多功能复合纳米材料的物性调制及其水净化特性研究

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银—碳核壳多功能复合纳米材料的物性调制及其水净化特性研究

作者：程生斌湖南科技大学

学位级别：硕士

核壳结构纳米颗粒由不同化学成分的内核和壳层构成,为复合性能材料设计提供了一个理想平台。通过调节这种核壳纳米材料的结构以及各部分的成分,可以实现多功能特性的复合设计,甚至实现多功能耦合特性,在多功能器件领域具有重要应用前景... 详细信息

核壳结构纳米颗粒由不同化学成分的内核和壳层构成,为复合性能材料设计提供了一个理想平台。通过调节这种核壳纳米材料的结构以及各部分的成分,可以实现多功能特性的复合设计,甚至实现多功能耦合特性,在多功能器件领域具有重要应用前景。碳壳层具有成本低、化学性质好、生物相容性佳、光热性能稳定、光吸收能力强等优点;另一方面,贵金属纳米粒子（NMNPs）具有多种优良的物理性能,在等离子体光热、光催化以及增强上转换发光等方面表现出显著优势。本文将金属纳米粒子独特的光学性质与碳壳层的相关特性相结合,展示了不同碳层厚度对银纳米粒子光热性能的影响以及其在海水淡化中的应用;其次,我们通过巧妙地与稀土上转换发光核壳纳米材料（UCNPs）的独特发光特性相结合,对银-碳纳米颗粒与上转换核壳纳米晶的复合结构在光催化水资源净化领域的相关应用做了较为系统的研究。主要的研究内容可分为如下四个方面:（1）碳球、核壳式银-碳纳米复合结构（Ag@C）的制备及其成分、结构、形貌的表征,并探讨该复合结构的成型机理。（2）直接观察碳球以及不同条件下合成的Ag@C核壳纳米颗粒的表面等离子体光热效应,分析碳壳层厚度、吸收特性等关键参数对隔热性能的影响。（3）Ag@C/AAO复合膜的制备及其光热效应、蒸发率和隔热效率的评估以及其在海水淡化中的应用。（4）Ag@C@Ag核壳壳复合纳米结构、稀土掺杂上转换核壳纳米结构以及Ag@C@Ag-UCNPs核壳复合结构的制备与表征以及水净化性能研究。

关键词：银-碳核壳纳米颗粒上转换纳米晶等离子体光热效应光催化水净化

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复合型生态沟渠对养殖废水净化效应研究

复合型生态沟渠对养殖废水净化效应研究

作者：帅艳艳仲恺农业工程学院

学位级别：硕士

农业面源污染是我国农村环境保护的一大难题,畜禽养殖废水是农业面源污染的主要污染源之一。沟渠截污去污技术是养殖废水治理的重要手段,但已有技术存在管理维护成本高、工艺稳定性差、沟渠净化效果差、植物成活率低、植物季节性冬枯等... 详细信息

农业面源污染是我国农村环境保护的一大难题,畜禽养殖废水是农业面源污染的主要污染源之一。沟渠截污去污技术是养殖废水治理的重要手段,但已有技术存在管理维护成本高、工艺稳定性差、沟渠净化效果差、植物成活率低、植物季节性冬枯等问题。在以低碳、节约型为导向的社会生态文明建设中,建立以高效持久净化、低维护的养殖废水生态修复技术具有重要意义。因此,本研究通过优选出去污能力强的适生木本植物、经济性水生草本植物、观赏性水生草本植物和填料构建新型复合生态沟渠,进行了进水浓度和进水流量对沟渠去污效果影响研究,最后进行实例应用探讨新型复合生态沟渠在持久运行下对养殖污水的净化效果。本研究构建的新型复合生态沟渠,为畜禽养殖废水处理提供一种新思路。主要结论如下:(1)黄槿、木芙蓉、红千层、水石榕、秋枫、算盘子、风箱树7种木本植物处理组对污水中各污染物质均有一定去除效果,与空白对照相比,风箱树处理组对污水中总氮(TN)、氨氮(NH-N)去除效果最好,去除率分别为83.83%、92.86%,其次为秋枫处理组;算盘子处理组对污水中总磷(TP)去除效果最好,去除率为95.32%,其次为秋枫处理组;对水中溶解氧(DO)浓度提升效果最好的为风箱树处理组。美人蕉、再力花、水蓑衣、茭白、空心莲子草、长耳膜稃草6种水生草本植物处理组对污水中各种污染物质均有一定去除效果,与空白对照相比,再力花处理组对污水中TN、TP去除效果最好,去除率为95.15%、99.16%;美人蕉处理组对污水中NH-N去除效果最好,去除率为98.79%,对水中DO浓度提升效果最好的为美人蕉处理组。(2)为筛选出净水效果好、经济实惠的填料组合,对废砖、砾石、生物质焦、生物质焦+废砖、废砖+砾石、生物质焦+砾石6组填料进行室内模拟净水试验,结果表明:6组填料对污水中TN、TP均有一定的去除效果,不同的填料组合对水体中TN、TP的去除效果存在较大的差异,其中对TN去除效果最好的为生物质焦+碎砖组,去除率为45.01%;对TP去除效果最好的为碎砖+砾石组,去除率为13.05%。且从试验结果可看出,不同粒径分层级配填料对水体中TN、TP去除率高于单一粒径填料。(3)构建植物与填料组合生态沟渠、植物生态沟渠、简易土质沟渠,并进行静水和流水条件下3种类型沟渠净水效果比较试验,结果表明:静水和流水条件下3种沟渠对水体中各污染物质的去除率大小均为植物与填料组合生态沟渠>植物生态沟渠>简易土质沟渠。探讨静水和流水条件下进水浓度对沟渠净水效果的影响,结果表明:静水和流水条件下,均为进水浓度高时植物与填料组合生态沟渠水体TN、TP、化学需氧量(COD)、NH-N、浊度浓度下降速率快,下降总量多,但是去除率低。探讨进水流量对沟渠净水效果的影响,结果表明:进水流量高时植物与填料组合生态沟渠对水体TN、TP、COD、NH-N去除率更高;进水流量低时植物与填料组合生态沟渠对水体浊度去除率更高。综上,适当提高进水浓度和进水流量有助于提高植物与填料组合生态沟渠净水效果。(4)在汕尾市海丰县某鹅场进行实例应用试验,构建植物与填料组合生态沟渠去除养殖废水污染物。在该生态沟渠持续运行一个月期间,其进水口水体TN、TP、NH-N、COD、浊度浓度平均值分别为11.68 mg/L、8.37 mg/L、5.29 mg/L、184.37mg/L、119.60 NTU,出水口水体TN、TP、NH-N、COD、浊度浓度平均值分别为6.00 mg/L、0.62 mg/L、1.42 mg/L、39.20 mg/L、21.41 NTU,其对污水中TN、TP、NH-N、COD、浊度的平均去除率为48.86%、92.78%、72.82%、73.92%、81.97%。试验结束后测得美人蕉TN积累总量最多,长耳膜稃草TP积累量最多。

关键词：畜禽养殖废水生态沟渠植物筛选水净化

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分段式户外水净化演示装置

发明与创新（初中生） 2022年第12期 34-35页

作者：张书振山东省泰安市岱岳区徂徕镇第二中学

一、问题的提出“自来水的净化”是初中化学教材中的重要内容,但各版本教材只展示了自来水的生产过程,学生仅能依靠肉眼观察水样颜色的变化,无法对自来水净化流程和净化程度进行整体感知。因此,我设计了“分段式户外水净化演示装置”,... 详细信息

一、问题的提出“自来水的净化”是初中化学教材中的重要内容,但各版本教材只展示了自来水的生产过程,学生仅能依靠肉眼观察水样颜色的变化,无法对自来水净化流程和净化程度进行整体感知。因此,我设计了“分段式户外水净化演示装置”,方便学生更直观地认识“自来水的净化”。

关键词：整体感知水的净化演示装置水净化分段式初中化学教材问题的提出户外