光催化降解甲胺磷影响因素的研究_徐悦华

收稿日期:2000-09-25作者简介:徐悦华(1964-),女,讲师,在读博士生,主要从事环境工程研究.文章编号:1000-565X(2001)05-0068-04光催化降解甲胺磷影响因素的研究徐悦华古国榜李新军(华南理工大学化工学院,广东广州510640)摘要:进行了纳米TiO2悬浮体系光催化降解甲胺磷的研究.结果表明,只有在光照、催化剂和氧同时存在的条件下才能有效地进行光催化降解甲胺磷.在甲胺磷浓度为1×10-4mol·L-1,反应液起始pH=6.82,通空气量为2L·min-1,催化剂用量为0.4g·L-1,光照时间为2h时,甲胺磷的降解率为77.5%.同时还探讨了起始pH值、甲胺磷起始浓度、光强、通气量,以及电子接受体H2O2、Fe3+等对光催化降解甲胺磷的影响.实验结果表明光催化降解甲胺磷是可行的.关键词:光催化降解;甲胺磷;纳米二氧化钛中图分类号:O643.32+2;TQ453.2+2文献标识码:A甲胺磷是一种水溶性的广谱杀虫剂和杀螨剂,化学稳定性好[1].甲胺磷于1969年由美国谢夫隆公司和西德拜耳公司开始工业化生产,该农药药性好、成本低,深受广大农民欢迎.1996年世界有机磷杀虫剂的销售额为33.05亿美元,占整个杀虫剂的37.8%,估计到2001年,有机磷杀虫剂的销售额可达30.5亿美元,占杀虫剂的34.7%[2].我国有机磷杀虫剂占杀虫剂总产量的77%,甲胺磷为年产量在万吨以上的6个杀虫剂之一[3].目前甲胺磷的降解研究一般都以细菌[4]或真菌[5]为研究对象.对国内甲胺磷生产废水的处理普遍采用稀释生化法,但存在稀释倍数高(20～40倍)、负荷大、运行不稳定且存在二次污染等问题.光催化法是在常温常压下利用半导体材料(主要是TiO2)作催化剂,在太阳光或紫外光作用下产生氧化能力很强的·OH,·OH将污染物降解为H2O、CO2、PO43-等,无二次污染,因此受到越来越多的关注[6,7].关于系统探讨纳米TiO2光催化降解甲胺磷影响因素的研究尚未见报道.本文旨在探讨纳米TiO2光催化降解甲胺磷的最佳条件,为光催化技术的应用提供实验基础.1实验部分1.1主要仪器和试剂756M紫外分光光度计,7230G紫外可见分光光度计,pHS_25数字式酸度计.甲胺磷为标准样品,纳米TiO2光催化剂为日本生产(锐钛矿型,颗粒直径为189nm,比表面积为61m2·g-1),其他试剂均为分析纯.1.2实验方法及分析方法进行光催化反应实验时,每次在玻璃反应管(70mm×210mm)中加入500mL的一定浓度的甲胺磷试液和定时的光催化剂,以构成悬浮体系,然后将125W高压汞灯悬挂在反应管中央,再把玻璃反应管置于恒温槽中,使光催化降解温度不超过40℃.空气由反应管的底部鼓入,搅拌反应液以提供氧气.实验时,将高压汞灯放入恒温槽中,打开光源15min使其光强基本稳定后开始光催化降解反应.隔一定时间取样,经离心分离去除催化剂,所得澄清液采用钼锑抗分光光度法测定PO43-浓度,以此求降解率.2实验结果和讨论2.1催化剂用量的影响实验条件:甲胺磷浓度为1×10-4mol·L-1,反华南理工大学学报(自然科学版)第29卷第5期JournalofSouthChinaUniversityofTechnologyVol.29No.52001年5月(NaturalScienceEdition)May2001应液起始pH=6.82,通空气量为2L·min-1,光照时间为2h.后面实验如无特别说明,实验条件均同上所述.TiO2用量对光催化降解的影响见图1.图1TiO2用量对光催化降解甲胺磷的影响Fig.1TheeffectoftheamountofTiO2onthephotoca_talysticdegradationofmethamidophos从图1可知,随着催化剂用量的增加,甲胺磷降解率提高,当催化剂用量为0.4g·L-1时,降解率达最大值为77.5%.随后,当催化剂用量继续增加时,降解率反而降低.因为随着反应液中悬浮颗粒增加到一定程度时,TiO2颗粒对光的遮蔽作用使催化剂对光的利用率降低.后面实验如无特别说明,催化剂用量均为0.4g·L-1.在上述实验条件下,又做了三组实验.一组是有光照无催化剂,2h后甲胺磷降解率为4.7%;另一组是无光照有催化剂,暗处放置2h后反应液中无PO43-生成;第三组是先将配制反应液的蒸馏水煮沸10min,光催化降解时用氩气代替空气,流量为2L·min-1,光催化降解之前先通氩气20min,光催化降解2h后反应液中无PO43-生成.以上说明甲胺磷只有在光照、光催化剂和氧气同时存在的条件下才能降解为无机磷.无氧气存在时,甲胺磷不能被光催化降解,说明光生空穴h+不能直接氧化甲胺磷,故·OH是甲胺磷光催化氧化的主要氧化剂.2.2起始