软性材料负载的改性TiO2对水中除草剂的光催化降解

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由于我国农业的发展和城市绿化的需要,农药大量研制及使用,造成地下水和地表水农药污染日益严重。除草剂是一种使用地域较广,应用时间较长的农药,且多数为潜在致癌物,其氯代中间产物毒性较高,可污染水体,对自然环境和人类健康造成威胁。2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D)和阿特拉津杀草功效优良且价格便宜,因而得到了广泛的应用和推广。2,4-D在自然界的平均半衰期为20天,降解产物可在水体或土壤中富集。阿特拉津化学性质相对稳定,只有在高温下才可被强酸或强碱分解,在水中的半衰期为42天。两者均属于内分泌干扰物和潜在的致癌物质。本文探讨了采用改性Ti02作为水环境修复材料,在可见光下修复受2,4-D和阿特拉津微污染水体的性能和影响因素。预备实验表明,改性Ti02并具有选择性。光沉积法制备的Fe掺杂Ti02光催化剂对2,4-D和溶胶凝胶法制备的N、Fe共掺杂Ti02光催化剂对阿特拉津分别具有较好的降解效果。因此,研究了软性材料负载Fe-TiO2可见光催化降解2,4-D的催化活性、影响因素、降解机理及其稳定性;研究了N/Fe-TiO2可见光催化降解阿特拉津的催化活性、影响因素、降解机理及软性材料负载N/Fe-TiO2的负载量及其稳定性。并且分别对这两种改性Ti02光催化剂进行了SEM、XRD、UV-vis表征。研究结果如下:1、软性材料负载Fe-TiO2光催化降解2,4-D的研究。(1) Fe-TiO2的制备及其表征Fe掺量的实验结果表明:掺Fe量为1.0 wt%时,该光沉积法制备的Fe-TiO2光催化剂催化活性最高;XRD表征结果表明Fe-TiO2为锐钛矿和金红石混合晶型,粒径为纳米级;SEM表征结果表明Fe-Ti02晶粒分布更加均匀;UV-vis表征结果表明Fe的掺杂拓宽了Ti02的可见光吸收范围。(2)软性材料负载Fe-TiO2降解2,4-D的影响因素和降解机理的研究研究了软性材料负载Fe-TiO2光催化降解2,4-D的影响因素,得到最佳实验条件为:Fe掺杂量为1.0 wt%,软性材料上Fe-TiO2光催化剂负载量2g/L,溶液的初始pH为4.6,全程曝气,在此反应条件下,反应时间240 min,初始浓度为10 mg/L的2,4-D溶液的降解率可达74.2%。软性材料负载Fe-Ti02光催化降解2,4-D重复实验及实验结果表明,催化剂负载于软性材料上具有较好的稳定性。通过HPLC-MS和TOC测试结果,推断出了2,4-D降解途径。2、软性材料负载N/Fe-TiO2光催化降解阿特拉津的研究(1) N/Fe-TiO2的制备及其表征N、Fe掺量的实验结果表明:掺Fe量为0.5(Fe与Ti的摩尔比),掺N量为0.1(N与Ti的摩尔比)时,该溶胶凝胶法制备的N/Fe-TiO2光催化剂催化活性最高;SEM表征结果表明N、Fe掺杂的Ti02晶粒分布更加均匀;XRD表征结果表明制备的TiO、N-TiO2、Fe-TiO2、N/Fe-TiO2均为单一锐钛矿晶型,粒径均为纳米级:UV-vis的表征结果表明N、Fe掺杂Ti02显著拓宽了其可见光的吸收范围。(2)软性材料负载Fe-TiO2降解2,4-D的影响因素分析及降解机理研究了N/Fe-TiO2光催化降解阿特拉津的影响因素,得到最佳实验条件为:当Fe掺杂量为0.1时,N掺杂量为0.5时,N/Fe催化剂投加量1 g/L,溶液的初始pH为5.8,全程曝气,在此反应条件下,反应时间6 h,初始浓度为10 mg/L的阿特拉津溶液的降解率可达90.3%;在软性材料上,N/Fe-TiO2催化剂最佳负载量及其重复性研究表明:最佳负载量为2.25 g/L,且催化剂稳定性较好;通过分析]3PLC-MS和TOC测试结果推断出阿特拉津降解途径中可能存在三种途径。上述实验表明,采用光沉积法制备的Fe-TiO2负载于软性材料上,负载量为2 g/L,2,4-D的光催化降解效率为4 h达到60%。采用溶胶凝胶法制备的N/Fe-TiO2负载于软性材料上,负载量为2.25g/L,阿特拉津的光催化降解率为8h达到55.1%。这与2,4-D在自然界半衰期为20 d、阿特拉津半衰期为42 d相比,明显提高了降解效率,具有水环境修复技术应用的前景。
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