有机农药光催化降解机理研究进展

时间:2021-08-03 00:26 作者:亿佰体育
本文摘要:摘要:应用光催化技术水解有机农药,增加农药对农业环境的污染是当今环境领域的新研究课题。综述了光催化水解机理和不同种类农药(有机氯类农药、有机磷类农药、白鱼拟除虫菊酯类农药、聚氨酯类农药、其他种类农药)的光催化水解研究进展。结果表明,从半导体纳米粒子和光催化类人群中,有机农药都可以得到有效的水解。本研究明确提出了光催化水解有机农药的应用前景,并对目前光催化技术的一些缺失明确提出了建议和未来的发展,以期作为有机农药光催化水解的深入研究得到参考。

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摘要:应用光催化技术水解有机农药,增加农药对农业环境的污染是当今环境领域的新研究课题。综述了光催化水解机理和不同种类农药(有机氯类农药、有机磷类农药、白鱼拟除虫菊酯类农药、聚氨酯类农药、其他种类农药)的光催化水解研究进展。结果表明,从半导体纳米粒子和光催化类人群中,有机农药都可以得到有效的水解。本研究明确提出了光催化水解有机农药的应用前景,并对目前光催化技术的一些缺失明确提出了建议和未来的发展,以期作为有机农药光催化水解的深入研究得到参考。

第0章随着农业科技化、现代化的发展,农药用量大幅减少,2010—2014年全国农药原药平均年产量为143.88万t。中国2013年农药使用量比1991年迅速增加135.5%,年均增长率达到7.4%。

农药残余对生态环境、人类健康和生物多样性的影响日益显着,中国农业的可持续发展受到了前所未有的考验。为了增加环境中农药的残余,一方面需要寻找新的低毒性高效农药,另一方面需要使用有效的农药水解方法。目前,水解农药残余的方法主要有三种:物理法,只是开展污染物,没有完全避免污染物的毒性。化学法成本高生物法还不平稳,存在二次污染的问题。

光催化水解技术作为一种新的绿色环境保护技术,可以水解农药成为有害的最终产物,包括二氧化碳、水和无机离子,成为国内外学者研究的热点。陈氏夫等人的研究表明,光催化技术对有机磷农药的水解有效。

彭延治等人也指出,通过使用UV-Ti O2-Fenton光催化体系,敌百虫农药的水解亲率超过92.50%。特别是半导体纳米Ti O2光催化技术以其良好的光催化水解能力、非光腐蚀性及节能、效率、有毒和廉价的特性,成为非常有前途的环境管理方法。因此,本研究综述了不同种类有机农药催化光催化水解效果,以光催化技术的开发和应用为目标获得思路。1光催化剂的机理根据价带理论,Ti O2是光催化剂,吸收比其带隙小的光能时,电子从价带被唤起到传导带,生成电子(e-)空穴(h )对,这些静电载体缓慢移动到催化剂粒子的表面反应式如下述:2所示不同种类农药的光催化水解效果2.1有机氯系农药的光催化水解有机氯系农药主要有两种:的一种是氯苯类,现在使用量有限或禁止令。

另一种是氯化脂环类。有机氯系农药可以通过Ti O2光催化剂水解成氯离子、不含氯有机物及有毒物质。李爽等人用Ti O2光催化地下水中的六六六,实验证明,在:地下水p H为5、温度为14、8 W紫外照明为30 min的条件下上升解法最有效,Fe3能减慢六六的水解速度,Mn2的效果不显着用于400 W高压水银灯时,以空气流速为100 m L/min、浓度为0.25 mg/m L的悬浮纳米Ti O2为研究体系,120 min以内三氯杀螨醇的水解亲率可超过100%。根据Yu等人的研究,a-、-、-、-六六、三氯杀螨剂和氯氰菊酯在2.24 mg/cm2的Ti O2薄膜和400 W UV太阳光波长为365 nm的高压水银灯的条件下被最有效地水解。

有机氯农药的光催化水解研究如DDT、4-氯苯、百菌明、氯丹、硫酸铵等顺利水解。另外,很多有机氯农药被光催化水解,几分钟内也有超过100%水解亲率的。2.2有机磷类农药的光催化水解有机磷类农药品种多,大部分是杀虫剂,药效强,因此普遍使用。

这种农药是水解速度快、毒性大、光催化研究最少的农药。水解产物一般为H2O、CO2、PO43-。

王琰等人使用悬浮态Ti O2惯性光催化剂水解有机磷农药。结果表明,该方法具有可行性,Ti O2用量为2 g/L,乙酰甲胺磷浓度为0.05 mmol/L,吸收5小时后水解亲率超过76.4%。Mangat Echavia等人在紫外光和硅胶中使用相同的Ti O2作为光催化剂,研究了水中乙酸盐、乐果、草甘磷的光催化水解,其研究中使用的光催化剂系统有效水解农药,电离放射线60分钟后(100% )乐果和草另外,也有关于甲基对硫磷、敌畏、敌百虫等农药顺利水解的报告。

2.3白鱼除虫菊类农药的光催化水解白鱼除虫菊类农药是普遍使用的新型广域杀虫剂,由于低毒性、低外用及环境适应性,水解速度慢,此类农药的研究比较少。陈梅兰等人指出,2 mg/L溴氰基丙烯酸酯在Ti O2使用量为30 mg/25 m L、p H 4、3%的H2O2使用量为5 m L的条件下,用高压水银灯照射180 min后,水解亲率可以超过73.5%。

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太阳光照射180 min后水解率为66.0%。使电离放射线溴氰基丙烯酸酯停止120分钟时,水解亲率可以超过50%以上。O3/UV/Ti O2系处理中使用的氯氰菊酯的除去率超过80% (初期残渣含量为5.8 mg/kg )。

Yao等人研究了光源不同的太阳光的Cd S/Ti O2/浮动珍珠悬浊液中-氯氰菊酯(BEC )的光催化水解,结果是:光催化使用量为3000 mg/L,BEC初始浓度为45 mg/L,初始ph为6.5。BEC的水解亲率分别超过87.9% (1 h内为125 W Hg灯)、79.3% (1 h内为5 W UV灯)和93.4% (5 h内为太阳光)。2.4聚氨酯类农药的光催化水解聚氨酯类农药是制造农药,是杀虫剂,大部分在中、低毒性,只有黄酮苷这样的少部分毒性高。水解产物一般是NH4、SO42-、CO2等有毒物质。

这种农药的光催化水解研究也比较少。Kuo等人研究了辅助染料光敏剂(亚甲基蓝(MB )和玫瑰红(RB ) )处理carbaryl (聚氨酯类杀虫剂的一种)的结果是,通过在太阳能催化剂体系中添加染料,对于carbaryl矿化的减少和毒性的有效减少, 增加漂白剂最有效的微毒性,可建立66.7%的carbaryl去除率、26.2%的最小化效率、44.6%的毒性减少。通过模拟在太阳光下制备使用的WO3/Zr O2纳米粒子的光催化水解黄酮的实验,的最佳催化剂阻抗为1g/L,WO3和Zr O2的最佳比率为1:1,太阳光240 min后,WO3/Zr 将钌(Ru )用作WO3/Zr O2的添加剂时,Ru/WO3/Zr O2表示水解速度比WO3/Zr O2慢。

电离放射线180 min后,为Ru/WO3/Zr O2构建了黄酮的100%水解。Fenoll的结果表明,要用于半导体材料和必要的吸收过程,必须显着减少黄酮的毒性。

甲基萘路的光催化水解也听取了研究报告。2.5其他农药光催化水解其他种类的农药包括有机硫化合物、酰胺类、脲类和醚类化合物、酚类化合物、苯氧基羧酸类、三唑类、二氮苯类、苯甲酸类、脒类、三唑类、复Liu等人基于一系列Ti O2还原的石墨烯水解复合材料,通过光分解去除水中的苯基脲、三嗪和氯乙酰苯胺等三种主要类型的除草剂,三种类型的除草剂在太阳光5 h后可以去除大部分与显Ti O2相比,光分解效率显着提高。三嗪农药阿特拉津的水解途径,超声波解法、粪便水解、高压蒸汽水银灯(254 nm、125 W )的吸收和Ti O2不存在下的展开受水欢迎,通过粪便水解和光催化诱导脱烷基化和脱氯,254 nm的必要吸收是有效的 用混合Ti O2/UV-A催化剂的有界法水解双氯芬酸(DCF ),以每单位体积6.57 W/L的UV-A放射功率,DCF达到最佳去除率。Ti O2搭载在类似的0.5 g/L上时,DCF分子的水解和矿化的最大值分别为99.5%和69%。

Oller通过太阳光催化剂处理一般在集约农业中使用的5种农药(Methomyl、Dimethoate、Oxamyl、Cymoxanil、Pyrimetha-nil )的混合污染废水,该农药混合物在合理的时间内作为光芬顿和好氧性相同的生物反应器的人类组的最佳AOP选项,可以自由选择20 mg/L的Fe2。Angthararuk等人指出,用于模拟光的光催化水解是有价值的绿色化学农药环境处理方法。3讨论3.1不存在的问题光催化水解技术是一项极具发展前景的新技术。

因此,许多科研人员将这种技术应用于农药的水解。但在实际应用过程中,这种技术方法也有缺点。

以往的光催化Ti O2本身有限制性,吸光范围广,重复利用率低。另外,单一光催化水解有时几乎不能水解农药,残留有很多毒性和持久性中间代谢物,这些副产物一般比初期农药危害更大。3.2为了提高有机农药的光催化水解效率,以下的提案:(1)明确提出寻找可替代的新型光催化剂,或在催化剂Ti O2中配合金属或稀土类元素(Fe、La、Cu、Ce、Er、Sn等),半导体材料(2)融合更高的载体,自由选择Ti O2阻抗型催化剂,通过分离或再利用Ti O2,提高催化剂利用率。

(通过标记或添加H2O2等添加剂来提高光催化水解效率(4)依然不限于单一的光催化水解技术,可以与其他技术(例如超声波、臭氧等)人组合使用。3.3未来的发展目前光催化技术主要集中在理论研究阶段,对有机农药的光催化水解研究比较少。

对于现有光催化技术中不存在的一些问题,本课题组明确了今后的研究重点不仅仅是水解,还要保证介质中有机农药的几乎矿化。因此,在光催化水解有机农药领域,为了得到工业规模上可使用的有效结果,需要更多的希望。


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