CeO2/H2O2体系光催化降解农药污染物研究

纳米氧化铈材料具有独特的储氧和释氧能力，利用氧化铈纳米粒子和双氧水构建的CeO2/H2O2体系，可以实现对各种环境污染物的光催化降解处理。本项目通过对氧化铈表面态、表面过氧化物络合物、反应活性物种以及反应中间体的跟踪检测，系统研究氧空位（即Ce3+离子）在氧化铈纳米粒子表面的催化氧化过程中的作用和机理。通过对草甘膦和阿特拉津等典型农药污染物及其化学中间体降解动力学、主要中间产物以及体系环境毒性水平的分析，系统地研究CeO2/H2O2体系对农药污染物的优先进攻位、污染物的降解途径以及降解中间产物的可能毒害性。进而利用过渡金属离子掺杂对氧空位的浓度和种类进行调控，考察不同类型的氧空位在CeO2/H2O2体系的暗反应和光催化反应中的作用。为利用CeO2/H2O2体系处理在水环境农药污染物提供一定的理论依据和实践支持。

纳米氧化铈材料具有独特的储氧/释氧能力及特征的Ce3+/Ce4+ 氧化还原循环。在CeO2/H2O2 体系中，利用纳米CeO2 的催化作用，可以催化H2O2氧化降解水体有机污染物。本项目主要研究了CeO2/H2O2体系光催化降解水体农药污染物的动力学过程及其反应机理。特别研究了H2O2存在下CeO2的表面态变化及其表面化学反应过程。利用真空活化、表面酸化或杂质离子掺杂等技术设计制备具有高催化活性的CeO2材料，构建CeO2/H2O2催化/光催化氧化体系。明确了CeO2/H2O2体系在暗反应及光反应下的表面态以及界面化学过程的分子机制。.研究表明：（1）有机污染物在CeO2/H2O2体系中的降解过程是一个吸附引发的反应过程，还原态的Ce3+在促进催化反应进行方面起到了重要的作用。表面过氧物种是反应的活性物种，但其反应活性需要邻位Ce3+物种的活化。（2）在酸性条件下，CeO2/H2O2体系具有更好的催化氧化效果。通过表面酸化处理增加氧化铈表面的酸性位也可以有效促进CeO2/H2O2体系的催化活性。（3）利用杂质金属Fe3+掺杂和贵金属Au沉积均可以提高二氧化铈的催化活性。杂质金属掺杂可以在一定程度上调控（增加）二氧化铈表面氧空位的浓度。而Au的沉积不但提升了氧化铈中Ce3+物种的相对浓度，也促进了在二氧化铈表面形成表面过氧物种的(Ce-O2H)的能力。（4）在暗反应条件下， H2O2在催化剂表面位点形成表面过氧活性物种参与有机物的降解过程，表面过氧物种与吸附的目标物分子之间的反应决定了降解速率。由于氧化铈纳米颗粒与H2O2的络合作用，使得CeO2/H2O2体系显示了较好的可见光催化降解活性。如可见光条件下水杨酸的降解反应半衰期由暗反应条件下的8 h缩短至3 h。（5）考察了阿特拉津、扑灭通、莠灭净等三嗪类农药在类Fenton降解中的降解动力学、重要中间产物和降解路径。三嗪类农药的降解主要有两条途径：烷基氧化和羟基取代。增加三嗪环上取代基的亲电性同时促进三嗪类农药的降解的烷基氧化和羟基取代反应。.本项目的研究为利用CeO2/H2O2等体系处理在水环境农药污染物提供一定的理论依据和实践支持。