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以TiO2为光催化剂光催化降解草甘膦的研究 陈士夫，刘云章 淮北煤炭自然学院化学系 安徽淮北 235000 中国人民出版社 摘要:本文中以草甘膦为有机污染物的代表研究了催化剂TiO2粉末对草甘膦的降解调查了各个参数如光催化剂用量、光照时间、起始pH值、电子受体、金属离子和阴离子对光催化降解草甘膦的影响通过研究获得了光催化降解草甘膦的最佳条件结果显示光催化剂的最适用量为6.0g/L光催化降解效率随光照时间增长而提高 Fe3+、Cu2+、H2O2、K2S2O8或KBrO3的加入加速了降解过程而K+、Na+、Mg2+、Ca2+、Zn2+、Co2+、Ni+的加入对反应无明显影响酸性或碱性介质有利于草甘膦的光催化降解.文中还讨论了添加剂在反应中的作用及可能的影响机理关键词:光催化降解、草甘膦、 TiO2,、PO4TiO2因其生化惰性强氧化能力价廉抗光和化学腐蚀的长期稳定性被证明最适于在环保领域广泛应用但是用TiO2作催化剂的光催化反应效率并不高为了提高光催化反应的效率用一些方法对废水进行了处理其中之一就是用一些化学物质提高反应速率H2O2使用最为频繁尤其在光N-磷羧甲基甘氨酸(商品名镇草宁和磷甘酸)是一种非选择性、芽后、广效性的有机磷酸盐除草剂，是世界上应用最广泛的除草剂。这种非选择性除草剂广泛地用于控制一系列杂草，无论是在无庄稼还是庄稼茂盛的土地上。但是，它通过众多渠道污染了环境，如工业流出物、农业径流、化学溢出物，而且，光催化降解草甘膦鲜被调查。同样，溶解性金属离子和阴离子在天然水体和工业废水中很常见，例如，Mg2+、 Ca2+、 Cu2+、Zn2+、Na+、Fe3+SO42-、Clˉ、BrˉpH值也不同，它也会影响光催化去除污染物。因此，这些研究将对寻求好的技术条件以去除废水中的污染物大有裨益。 这篇文章中，我们分别选择草甘膦除草剂和TiO2粉末作为有机污染物和光催化剂的代表，研究了诸多变量，如催化剂用量、光照时间、金属离子、电子受体、阴离子、pH值对光催化氧化草甘膦的影响。通过研究我们获得了光催化降解草甘膦的最佳技术条件和各种变量对光催化去除草甘膦的不同影响，还讨论了添加剂可能对反应的作用和可能的影响机理。 2.实验部分 2.1 试剂: 草甘膦（纯度大于99.8%）的化学结构如下： 实验中使用的TiO2是在我们实验室用加热分解和培烧钛四-碘丙酰氧化物水解的胶体溶液所制得的。通过分析得出，TiO2试样主要含80%锐钛矿和20%金红石30nm，比表面积为50m2/g。实验中使用的KBrO3、K2S2O8、CuSO4、H2O2、Na2SO4、NaClpH值用HCl和NaOH2.2 光反应器和步骤 实验在一个光化学石英反应器中进行，示意图如图1，这个圆筒形环状反应器包括3个部分：第一部分是一个空槽，里面悬挂着一个375W中压汞灯（北京电子光源研究所），最大发射波长大约在365nm；第二部分是一个内硬壳筒，水流经筒来冷却反应液，因为持续的冷却，反应液的温度保持在约30oC；第三部分是一个外硬壳筒（容积为400mL）。实验开始时，反应溶液主入内外硬壳筒见的空间里，空气由反应器底部的进气口引入反应液中，除了pH值、光照时间、光催化剂用量要变化的对照实验外，所有实验中，反应液起始pH为6.0，光照时间为10h，TiO2用量为4.0g/L，空气流速为0.02m3/h，草甘膦起始浓度为250μM。为了保证结果的再现性，至少各种条件下都重复实验取均值，得出的实验误差要在±4℅以内。 2.3 吸附实验 吸附实验是在暗室的一个恒温振动器里进行的，进行测量的悬浮液是用11种起始浓度不同，pH=6的草甘膦溶液混合制成的，并加入了4.0gTiO2。吸附平衡程度由草甘膦浓度的降低来确定。初步试验证明1.0h后达到平衡。吸附完成后，溶液离心分离光催化剂。草甘膦浓度用紫外分光光度法测定。草甘膦与亚硝酸钠在酸性介质中反应可能生成亚硝酸盐衍生物，而且这种复合物可以通过在243nm处PO43-，PO43-的PO43-的测η=(Pt/P0)×100℅. 式中：η-草甘膦的光降解效率 Pt-光照t时间后P0-光照前溶液中磷酸盐的量。 3.结果和讨论 3.1 草甘膦在TiO2表TiO2表面的吸附实验在10μM到400μM之间的起表2中TiO2吸附的草甘膦质量与溶液中草甘膦平衡浓度的关系。它显示草甘膦等温线与Langmuir吸Q=VΔC/m. 式中：Q-平衡时单位质量TiO2 V-溶液体积；m-TiO2质量 ΔC-起始浓度与平衡浓度之差； Q通常由草甘膦平衡浓度Ce的Q=QmaxKCe/(1+KCe)（2）Qmax-最大吸附量；K-吸附平衡常数；这种关系以直线形式表现为:1/Q=1/QmaxCeK+1/Qmax(3),它与再