中国农学通报 ›› 2024, Vol. 40 ›› Issue (4): 140-147.doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2023-0646
收稿日期:
2023-09-12
修回日期:
2023-11-17
出版日期:
2024-02-05
发布日期:
2024-01-29
通讯作者:
作者简介:
姜炳杉,男,2000年出生,黑龙江哈尔滨人,硕士研究生,主要研究方向:农药降解。通信地址:150080 哈尔滨市南岗区学府路74号 黑龙江大学农学楼223,Tel:0451-86609342,E-mail:jiangbingshan1@163.com。
基金资助:
JIANG Bingshan1(), LI Xi1,2(
), ZHOU Qin1(
)
Received:
2023-09-12
Revised:
2023-11-17
Published-:
2024-02-05
Online:
2024-01-29
摘要:
化学农药是一种危害高、难降解的环境污染物,农药残留对生态环境造成严重破坏并危害人体健康。光电催化具有安全环保、氧化能力强、易操作等优势,已成为降解农药残留最具前景的高级氧化技术之一。笔者综述了光电催化降解农药的基本原理、常用电极材料及制备方法,重点总结了光电催化降解农药的最新应用,评估了光源、pH等影响因素对农药降解的影响,这些为其短期内的实际应用提供了基础。目前涉及农药污水降解的研究较少,未来除针对电极材料改良外更应当侧重于实际农药废水的降解研究。
姜炳杉, 李曦, 周芹. 光电催化降解农药的研究进展[J]. 中国农学通报, 2024, 40(4): 140-147.
JIANG Bingshan, LI Xi, ZHOU Qin. Research Progress in Photoelectrocatalytic Degradation of Pesticides[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2024, 40(4): 140-147.
农药 | 浓度/ (mg/L) | 基质 | 照射源 | 单元配置 | 操作条件 | 最佳去除效率 | 文献 |
---|---|---|---|---|---|---|---|
阿特拉津 | 2 | 农药 废水 | 300 W高压灯 | 石英水套电池,FTO/ MI-TiO2,001光阳极(7.5 cm2),铂片阴极(1.5 cm× 6.0 cm) | Na2SO4=0.1 mol/L,E=0.6 V vs SCE | 5 h可降解96.5%,TOC去除率9.8%,水体毒性降低99.6% | [ |
阿特拉津 | 2 | 水 | 氙灯(200 mW/cm2) | 半圆形石英降解电池(80 mL),TiO2NT光阳极(15 cm2)铂丝阴极 | E=0.2 V,于0.1 mol/L Na2SO4中 | 降解率为96.8%,k=0.478×10-3 /s | [ |
敌草隆+ 阿特拉津 | 60 | 模拟 雨水 | 300 W氙气灯, AM 1.5G(4410 W/m2) | 置于80 mL烧杯中,采用BDD/TiO2光阳极,Pt阴极 | E=9 V,采用 模拟雨水电解质 | 两种农药在120 min内降解超过90% | [ |
二氯吡啶酸 | 100 | 超纯水 | UVC紫外线灯(9 W) | 单室电化学电池150 mL,MMO-Ti/TiO2RuO2光阳极,Pt阴极 | j=30 mA/cm2, Na2SO4 3.0 g/L或 NaCl 3.7 g/L | Na2SO4中降解率为18.8%,TOC去除率为6.95%,NaCl中降解率为58.4%,TOC去除率为53.6% | [ |
二氯吡啶酸 | 20 | 水 | UVC紫外线灯 | 150 mL电化学电池Ti/MMO/ZnO,光电阳极,Pt板阴极 | E=0.5 V vs Ag/AgCl,Na2SO4 0.1 mol/L | 降解率为77%,Kapp=6.4×10-3 /s | [ |
西玛津 | 100 | 水 | 1000 W太阳光模拟器 | 三电极石英光电解池,FTO/BiMoVO4光电阳极,碳布阴极(2.0 cm×2.5 cm) | E=2.5 V, K2SO4 50 mmol/L, Fe2+ 0.2 mmol/L, 空气流量0.2 mmol/L | 0.75 min降解率为100%, Kapp=0.08 /s,2 h TOC降解率达到100% | [ |
草甘膦 | 50 | 水 | 紫外线照射(9 W) | 单室压滤式流动反应器,1.5 L溶液,BDD和DSA(R)光阳极(78 cm2),不锈钢(AISI 304)阴极 | j=10 mA/cm2, NaCl 2 g/L, pH 4.5~5.0 | 1 h后,使用BDD矿化率达到70%能耗为2.0 kWh/g,使用DSA(R)矿化率达到100%,能耗为1.25 kWh/g | [ |
甲磺隆 | 15 | 水 | 500 W氙灯(紫外截断) | 置于反应管中以FTO/ABGCN-2为光阳极,Pt丝阳极 | Na2SO4 0.5 mol/L | 57 min后降解率为100% | [ |
苯线磷 | 20 | 水 | 模拟太阳光照 | 14 mL石英反应器,W/WO3光阳极,Pt网状阴极 | E=1 V vs Ag/AgCl 于H2SO4(pH 1)中 | 2 h后降解率达到100% | [ |
苯线磷 | 20 | 水 | 模拟太阳光 AM 1.5G(100 mW/cm2) | 光电催化石英反应器,W/WO3光阳极(0.5 cm2),Pt箔阴极 | E=1 V vs Ag/AgCl 于H2SO4中 | 3 h后降解80%,k=0.14510-3 /s | [ |
毒虫畏、 亚胺硫磷、 苯线磷 | 各20 | 水 | 500 W氙灯可见光光照 强度为100 mW/cm2 | 石英反应器,W/WO3光阳极,Pt丝阴极 | E=1 V vs Ag/AgCl 于H2SO4中 | 毒虫畏降解率为95%,亚胺硫磷降解率为99.9%,苯线磷降解率为100% | [ |
二嗪农 | 20 | 水 | 500 W氙灯可见光光照 强度(100 mW/cm2) | 石英反应器,W/WO3光阳极,Pt丝阴极 | E=1 V vs Ag/AgCl 于H2SO4中 | 2 h后降解率达到90% | [ |
西维因 | 0.2 | 水 | 35 W汞灯 | Au-RGO/TiO2 NT光阳极,Pt薄片阴极 | E=15 V,pH=10 | 8 h降解率达到96.5% | [ |
2,4-二氯苯酚 | 5-25 | 水 | 14 W紫外线灯 (5500 mW/cm2) | 三电极电化学电池,TiO2纳米管涂层圆盘(电极面积为32 cm2)光电催化流动反应器,阴极采用铂丝阴极,电解质溶液1 L | j=1.5 mA/cm2, Na2SO4 50 mmol/L | 在浓度为10 mg/L时达到最佳去除率为90%,矿化率为20% | [ |
4-氯苯酚 | 10 | 水 | AM 1.5G光源 | 80 mL立方石英电池,FTO/WO3-x光阳极(2.0 cm×4.0 cm),不锈钢阴极(2.0 cm×4.0 cm) | E=1.5 V, Na2SO4 0.1 mol/L | 降解率为84.5%,二氯化率为48%,k=0.262×10-3 /s | [ |
4-氯苯酚 | 20 | 水 | 300 W氙灯 | TiO2纳米锥(7.5 cm2)光电阳极,石墨板(15 cm2)阴极 | E=2.2 V vs RHE in 0.1 mol/L Na2SO4, | 3 h后降解率为99%,矿化率为55% | [ |
4-氟-3- 甲基苯酚 | 50 | 水 | 300 W氙灯,420 nm 紫外滤波器(100 mW/cm2) | 标准三室电池(100 mL),In2O3/In2S3/CdS光阳极,Pt薄片阴极 | E=0.6 V vs Ag/AgCl, H2SO4 0.1 mol/L | 3 h后降解率为87.3%,矿化率为71% | [ |
三苯基 氯化锡 | 0.1 | 水 | 紫外线灯 | 三电极石英光电解池(50 mL),FTO-TiO2光阳极,碳毡阴极 | E=2.5 V vs Ag/AgCl, K2SO4 50 mmol/L, Fe2+ 0.2 mmol/L | 2 h后矿化率达到100% | [ |
农药 | 浓度/ (mg/L) | 基质 | 照射源 | 单元配置 | 操作条件 | 最佳去除效率 | 文献 |
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阿特拉津 | 2 | 农药 废水 | 300 W高压灯 | 石英水套电池,FTO/ MI-TiO2,001光阳极(7.5 cm2),铂片阴极(1.5 cm× 6.0 cm) | Na2SO4=0.1 mol/L,E=0.6 V vs SCE | 5 h可降解96.5%,TOC去除率9.8%,水体毒性降低99.6% | [ |
阿特拉津 | 2 | 水 | 氙灯(200 mW/cm2) | 半圆形石英降解电池(80 mL),TiO2NT光阳极(15 cm2)铂丝阴极 | E=0.2 V,于0.1 mol/L Na2SO4中 | 降解率为96.8%,k=0.478×10-3 /s | [ |
敌草隆+ 阿特拉津 | 60 | 模拟 雨水 | 300 W氙气灯, AM 1.5G(4410 W/m2) | 置于80 mL烧杯中,采用BDD/TiO2光阳极,Pt阴极 | E=9 V,采用 模拟雨水电解质 | 两种农药在120 min内降解超过90% | [ |
二氯吡啶酸 | 100 | 超纯水 | UVC紫外线灯(9 W) | 单室电化学电池150 mL,MMO-Ti/TiO2RuO2光阳极,Pt阴极 | j=30 mA/cm2, Na2SO4 3.0 g/L或 NaCl 3.7 g/L | Na2SO4中降解率为18.8%,TOC去除率为6.95%,NaCl中降解率为58.4%,TOC去除率为53.6% | [ |
二氯吡啶酸 | 20 | 水 | UVC紫外线灯 | 150 mL电化学电池Ti/MMO/ZnO,光电阳极,Pt板阴极 | E=0.5 V vs Ag/AgCl,Na2SO4 0.1 mol/L | 降解率为77%,Kapp=6.4×10-3 /s | [ |
西玛津 | 100 | 水 | 1000 W太阳光模拟器 | 三电极石英光电解池,FTO/BiMoVO4光电阳极,碳布阴极(2.0 cm×2.5 cm) | E=2.5 V, K2SO4 50 mmol/L, Fe2+ 0.2 mmol/L, 空气流量0.2 mmol/L | 0.75 min降解率为100%, Kapp=0.08 /s,2 h TOC降解率达到100% | [ |
草甘膦 | 50 | 水 | 紫外线照射(9 W) | 单室压滤式流动反应器,1.5 L溶液,BDD和DSA(R)光阳极(78 cm2),不锈钢(AISI 304)阴极 | j=10 mA/cm2, NaCl 2 g/L, pH 4.5~5.0 | 1 h后,使用BDD矿化率达到70%能耗为2.0 kWh/g,使用DSA(R)矿化率达到100%,能耗为1.25 kWh/g | [ |
甲磺隆 | 15 | 水 | 500 W氙灯(紫外截断) | 置于反应管中以FTO/ABGCN-2为光阳极,Pt丝阳极 | Na2SO4 0.5 mol/L | 57 min后降解率为100% | [ |
苯线磷 | 20 | 水 | 模拟太阳光照 | 14 mL石英反应器,W/WO3光阳极,Pt网状阴极 | E=1 V vs Ag/AgCl 于H2SO4(pH 1)中 | 2 h后降解率达到100% | [ |
苯线磷 | 20 | 水 | 模拟太阳光 AM 1.5G(100 mW/cm2) | 光电催化石英反应器,W/WO3光阳极(0.5 cm2),Pt箔阴极 | E=1 V vs Ag/AgCl 于H2SO4中 | 3 h后降解80%,k=0.14510-3 /s | [ |
毒虫畏、 亚胺硫磷、 苯线磷 | 各20 | 水 | 500 W氙灯可见光光照 强度为100 mW/cm2 | 石英反应器,W/WO3光阳极,Pt丝阴极 | E=1 V vs Ag/AgCl 于H2SO4中 | 毒虫畏降解率为95%,亚胺硫磷降解率为99.9%,苯线磷降解率为100% | [ |
二嗪农 | 20 | 水 | 500 W氙灯可见光光照 强度(100 mW/cm2) | 石英反应器,W/WO3光阳极,Pt丝阴极 | E=1 V vs Ag/AgCl 于H2SO4中 | 2 h后降解率达到90% | [ |
西维因 | 0.2 | 水 | 35 W汞灯 | Au-RGO/TiO2 NT光阳极,Pt薄片阴极 | E=15 V,pH=10 | 8 h降解率达到96.5% | [ |
2,4-二氯苯酚 | 5-25 | 水 | 14 W紫外线灯 (5500 mW/cm2) | 三电极电化学电池,TiO2纳米管涂层圆盘(电极面积为32 cm2)光电催化流动反应器,阴极采用铂丝阴极,电解质溶液1 L | j=1.5 mA/cm2, Na2SO4 50 mmol/L | 在浓度为10 mg/L时达到最佳去除率为90%,矿化率为20% | [ |
4-氯苯酚 | 10 | 水 | AM 1.5G光源 | 80 mL立方石英电池,FTO/WO3-x光阳极(2.0 cm×4.0 cm),不锈钢阴极(2.0 cm×4.0 cm) | E=1.5 V, Na2SO4 0.1 mol/L | 降解率为84.5%,二氯化率为48%,k=0.262×10-3 /s | [ |
4-氯苯酚 | 20 | 水 | 300 W氙灯 | TiO2纳米锥(7.5 cm2)光电阳极,石墨板(15 cm2)阴极 | E=2.2 V vs RHE in 0.1 mol/L Na2SO4, | 3 h后降解率为99%,矿化率为55% | [ |
4-氟-3- 甲基苯酚 | 50 | 水 | 300 W氙灯,420 nm 紫外滤波器(100 mW/cm2) | 标准三室电池(100 mL),In2O3/In2S3/CdS光阳极,Pt薄片阴极 | E=0.6 V vs Ag/AgCl, H2SO4 0.1 mol/L | 3 h后降解率为87.3%,矿化率为71% | [ |
三苯基 氯化锡 | 0.1 | 水 | 紫外线灯 | 三电极石英光电解池(50 mL),FTO-TiO2光阳极,碳毡阴极 | E=2.5 V vs Ag/AgCl, K2SO4 50 mmol/L, Fe2+ 0.2 mmol/L | 2 h后矿化率达到100% | [ |
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