纳米二氧化钛光催化降解有机磷农药的研究

【摘要】：有机磷农药废水浓度高,毒性大,所含有毒物质抑制细菌繁殖,使生物处理效果受到影响,而光催化法能有效地将有机污染物降解为无机离子,无二次污染,为有机磷农药废水处理提供了一条新的、有潜力的途径。 甲胺磷在TiO_2表面预先吸附对甲胺磷光催化降解影响很大;根据实验结果,得出TiO_2吸附甲胺磷的Langmuir吸附等温方程C_e/q_e=0.1095 C_e+0.06347;红外光谱分析表明,甲胺磷在TiO_2表面吸附时通过磷酰基P=O中的氧与TiO_2中的钛形成配位键:根据实验结果,提出了光催化降解过程。 研究了甲胺磷光催化降解影响因素,TiO_2的最佳用量;酸性及碱性介质均有利于甲胺磷的降解:随着甲胺磷起始浓度的减小、光强的增大、通入空气量的增大,甲胺磷降解率均增大。加入少量的电子接受体H_2O_2或Fe~(3+)均能大幅度地提高降解率。 推导出用有机物降解最终产物表示反应速率的公式;甲胺磷起始浓度在7.06～70.56mg.L~(-1)范围内时,其光催化降解为零级反应。用气质联用仪检测到CH_3-SO_2-SCH_3及CH_3S-SCH_3中间产物:用离子色谱法检测到SO_4~(2-)、NH_4~+、NO_3~-,其中甲胺磷中的氮首先光催化生成NH_4~+,再进一步氧化为NO_3~-,据此,提出了甲胺磷光催化降解的可能途径。探讨了用太阳光作光源,太阳光光强为18.2W.m~(-2)时,反应速率常数为0.02132mg.L~(-1).min~(-1)。光催化降解甲胺磷和水胺硫磷结果表明,硫代磷酰胺类的甲胺磷较硫逐磷酸酯类的水胺硫磷容易降解。 TiO_2加入Fe(OH)_3胶体中制得复合Fe_2O_3/TiO_2,DRS研究表明TiO_2与Fe_2O_3复合以后,光的吸收性能提高了,且激发波长红移。XRD分析表明铁进入TiO_2晶格取代Ti,XPS分析也说明形成了Ti-O-Fe,故本研究提出TiO_2与Fe_2O_3复合的同时也进行了掺杂。光照Fe_2O_3/TiO_2时,光生电子从TiO_2表面向Fe_2O_3转移,同时晶格中缺陷作为电子的陷阱,使TiO_2表面电子—空穴对有效分离,从而提高了TiO_2的活性。存在Ti~(3+)表面态使活性降低,Fe_2O_3/TiO_2光催化活性并不与表面羟基含量成正比。粒径及比表面积并不是影响Fe_2O_3/TiO_2活性的主要因素,光生电子—空穴对得到有效分离才是主要原因。