可见光协同钴铈铁氧体高效活化过一硫酸盐降解噻虫胺

采用溶胶-凝胶燃烧的方法,将Co掺入到CeFeO_(3)(CFO)钙钛矿晶格中,制备了具有晶格缺陷的CeFe_(0.8)Co_(0.2)O_(3)(CFCO)纳米颗粒催化剂,并考察了其光催化活化过一硫酸盐(PMS)降解噻虫胺(CTD)的性能和活化机理。通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)等表征技术对CFCO催化剂进行表征分析,结果表明,在CFCO上形成了表面氧空位(V_(O))。同时,还研究了过一硫酸盐用量、不同pH值对CFCO降解噻虫胺的影响。结果表明,在CFCO投加量为0.6 g/L、PMS用量为0.8 mmol/L、pH值为7时,20 mg/L的噻虫胺在30 min内完全降解。并且经过4次循环使用后,噻虫胺降解率仍能达到91.2%。CFCO对于PMS的高效活化能力,主要归功于晶格缺陷所产生的电位差促使自由电子顺着氧空位快速定向传导到PMS上。为了模拟在天然水体环境中CFCO光催化活化PMS去除CTD,进行阴离子和有机酸的对比实验,分析了不同环境因素对CFCO降解噻虫胺的影响;此外,通过自由基淬灭实验与电子自旋共振(ESR)检测确定了CFCO光催化活化PMS降解噻虫胺实验中起主要作用的活性物种为单线态氧(^(1)O_(2))与羟基自由基(·OH),并分析推测了自由基的产生机理。最后采用高效液相色谱-质谱联用仪(LC-MS)检测了CTD降解过程中可能产生的代谢产物,并基于代谢产物的产生顺序归纳出了三条可能的降解路径。研究结果表明,CFCO催化剂在可见光照射下能够高效活化PMS,从而迅速降解水体中的噻虫胺,为铁氧体材料降解新烟碱农药提供了一条可行的方案。