氮化碳纳米材料光催化降解呋虫胺对映体的性能及机理研究

Dinotefuran, as the third-generation of neonicotinoids has been broad application around the world. Nonetheless, the environmental contamination and human health problems caused by excessive utilization of dinotefuran has been roundly criticized in recent years. There are significant differences between enantiomers' environmental behavior. The removal methods we have now are mostly trapped by time-consuming or high operating costs, which is also lacking of adequate data from the enantiomer level. Therefore, suitable methods are desperately needed to alleviate residual dinotefuran in the environment. Based on the excellent visible-light photocatalysis properties of carbon nitride, more efficient carbon nitride nano-material is expected by nonmetallic element doping for dinotefuran photodegradation. Evaluate the effects of dinotefuran photodegradation from the perspective of enantiomer for the first time. Besides, the photodegradation products and reaction mechanism will also be identified and analyzed. The purpose of this project is to develop feasible technology of pesticides degradation and provide the theoretical support for the eliminating of environmental pollution.

呋虫胺是广泛使用的第三代新烟碱类杀虫剂，具有较大的环境安全风险和人体健康风险，且手性中心的存在导致不同对映体间的环境行为等存在明显差异。因此开发高效的降解去除方法是控制环境中呋虫胺残留及风险的重要手段。现阶段的农药去除方法以外消旋体为主要目标，缺乏对映体水平的研究，且方法受制于运行成本高、效率低等问题，无法满足实际环境残留农药的降解需求，急需开发高效环保、适用性高的环境残留农药去除方法。本项目拟基于新型氮化碳纳米材料优异的可见光响应特性，实现环境水体中残留呋虫胺的光催化降解。研究在前期制备氮化碳材料的基础上，通过非金属元素掺杂手段，合成更高效的改性氮化碳纳米材料，优化并明确其对呋虫胺及对映体的光催化降解性能，评价降解条件和环境水体因素对光催化降解效果的影响，明确降解规律和降解产物，阐述降解机理，最终达到高效去除环境水体残留呋虫胺的目的，为控制环境农药污染提供理论和技术支持。

环境残留呋虫胺对非靶标生物的负面影响受到普遍关注，手性对映体的环境毒性和降解行为存在较大差异。开发高效降解技术实现水环境呋虫胺的降解去除具有重要意义。本项目基于前期获得的基本型氮化碳材料，通过磷酸水热改性方式，制备了更高活性的磷掺杂氮化碳材料，并用于呋虫胺及其对映体的可见光催化降解。. 在磷酸辅助水热作用下，制备获得具有管状外壳和内部分层结构的HPCN0.5材料，与基本型氮化碳（MCN）相比，HPCN0.5对呋虫胺的降解效率提高了6倍。最优化材料对呋虫胺及其两种手性对映体均能实现高效降解。通过对降解机理和降解产物的分析，证实光致空穴在呋虫胺降解中发挥主要作用，羟基自由基也一定程度参与了降解反应。分子量m/z = 158, 189, 218.9 和234.9的四个主要降解物被检测到，结合产物结构，对降解路径进行了推断，明确了呋虫胺主要通过脱硝基、脱甲基和羟基化三种方式实现降解。蚯蚓毒性实验结果表明，在HPCN0.5作用下，呋虫胺降解后对蚯蚓的毒性显著降低，证实该技术可有效降低环境残留呋虫胺对非靶标生物造成的负面影响，并且最优化材料还能同时实现多种新烟碱类农药的高效降解，具有良好的应用前景。