光催化降解有机磷农药研究

王波

摘 要：通过控制调节TiO2的用量，来探究光催化降解乐果适宜工艺的条件。通过室内试验发现，有机磷农药只有在光照和催化剂同时存在的条件下，才能被有效地降解为PO43-。此外，对于TiO2光催化降解乐果而言，催化剂的用量存在一个最佳值，即在TiO2的用量为4.0 g/L时，农药的降解率最大。之后通过正交实验，得到农药降解的最佳条件，即反应物的起始浓度为0.05 mol/L，pH值11，光照强度为250 W时，乐果的降解率最大，其降解率为37.5%。

关 键 词：光催化降解；有机磷农药；TiO2

中图分类号：TQ 028 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2016）04-0695-02

Abstract： Through adjusting amount of TiO2， suitable process conditions for the photocatalytic degradation of dimethoate were investigated. Through indoor test， its found that organophosphorus pesticide can be only degraded into PO43- in the presence of light and the catalyst at the same time. In addition， for the TiO2 photocatalytic degradation of dimethoate， the dosage of the catalyst has effect on the degradation result， suitable TiO2 dosage is 4.0 g/L. Through orthogonal experiment， the best condition of pesticide degradation was obtained as follows： initial concentration of reactant 0.05 mol/L， pH 11， light intensity 250 W. Under above conditions， the degradation rate of dimethoate rate is the maximum， 37.5%.

Key words： Photocatalytic degradation； Organophosphorus pesticide； TiO2

有机磷农药指的是含磷的有机化合物，属于磷酸酯类的化合物。有机磷农药会造成水质的富营养化、有机磷的富集、以及对人体的毒害作用[1]。TiO2光催化剂以氢氧根为氧化剂，氧化能力强，且适用范围广，对环境不会造成二次污染[2，3]，大多数污染物在TiO2光催化剂作用下可以完全矿化为无机离子、CO2和H2O，仅需常温常压即能发生降解，氧化剂可以单独使用氧气也可以与H2O2、Fenton试剂法组合使用，因此在有机物降解过程中受到人们的普遍重视[4-6]。本研究利用TiO2光催化剂对常见的有机磷农药进行降解研究，考察光催化剂用量对有机磷的降解效果。

1 室内实验部分

1.1 实验药品及仪器

DDVP，80%浓度，河南东方化工农药有限公司；乐果，40%浓度，湖北沙隆达股份有限公司；DEP，90%浓度，江苏安邦电化有限公司；TiO2粉末，TA-120，上海颜钛实业有限公司；自镇流荧光高压汞灯泡，佛山电器照明股份有限公司；BS-124S电子天平，北京赛多利斯仪器系统有限公司；Zl87-YH201 3 cm比色皿，宜兴晶科光学仪器有限公司；CR-3 50 mL比色管，上海贡力电子设备有限公司；7230G分光光度计，上海分析仪器厂。

1.2 实验方法

以TiO2粉末为光催化剂，光照时间1 h，反应物的起始浓度为0.05 mol/L，pH值11，光照强度为250 W时，用磁力搅拌器搅动反应液以提供氧气，光催化降解有机磷农药。

1.3 分析方法

用移液管移取试样进行离心分离（转速4 000 r/min，15 min），取上清液移入到50 mL的比色管中；采用磷钼蓝比色法，比较实验前后无机磷浓度的变化（也就是P043-的浓度）；因为起始无机磷浓度比较低可忽略不计，所以，转化率计算如下：

W（转化率）=C1/C0×100%

式中：C1—试样的PO43-浓度，mg/L；

C0—起始有机磷浓度，mg/L。

2 实验结果与分析

固定光照时间1 h，DDVP的起始pH值为5.4，起始浓度为0.478×10-3 mol/L；乐果的起始pH值为7.1，起始浓度为0.465×10-3 mol/L；DEP的起始pH值为6.6，起始浓度为0.449×10-3 mol/L。TiO2光催化剂的用量对三种农药光降解的影响见表1。

从表1可知，催化剂的用量存在最佳值，当催化剂用量为4 g/L时，降解率达到最大值。这是因为反应液中悬浮颗粒增加到一定程度，TiO2颗粒会对光产生遮蔽作用，使催化剂对光的利用率降低。在上述实验的条件下，我们还选择DEP做了另外两组实验。一组是无催化剂有光照，另一组是有催化剂无光照。经过12 h后，测定DEP降解的情况。测定结果显示：前一组DEP降解率仅为0.7%，后一组测定无PO43-生成。这两组试验的结果表明，有机磷农药只有在光照和催化剂同时存在的条件下，才能被有效地降解至PO43-。

3 结 论

（1）本实验以DDVP、乐果和DEP为研究对象，进行了TiO2光催化降解有机磷农药的降解实验，研究了TiO2对乐果溶液的光催化过程，经检测最终产物为PO43-、CO2、H2O和其他无机离子。

（2）确定了催化剂TiO2的用量为4.0 g/L，反应物的起始浓度为0.05 mol/L，pH值11.8，光照强度为250 W 时，乐果溶液的降解率最高。

参考文献：

[1]彭晓春，陈新庚.n-TiO2光催化机理及其在环境保护中的应用研究进展[J].环境污染治理技术与设备，2002（3）：15-17.

[2]雷乐成，汪大荤.高级氧化技术[M].北京：化工出版社，2001：6-9.

[3] 徐悦华，古国榜.光催化降解有机磷农药中甲胺磷的降解效率的测定[J].重庆环境科学，2008，23（4）：58-62.

[4]张新荣，杨平.TiO2·A12O3/beads光活性的研究[J].感光科学与光化学，2009，19（2）：25-26.

[5]陈士夫，赵梦月，陶跃武.光催化降解有机磷农药的研究[J].环境科学，2005，16（5）：66-69.

[6]李春雷，王新民，潘海祥.H2O2对载银TiO2光催化降解的影响 [J].重庆环境科学，2002，24（5）：29-31.