CN基光催化降解阿特拉津及其对小麦种子活性的研究

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作为一种广泛使用的有机氯类除草剂,阿特拉津(ATZ)在农药中占有极其重要的地位,主要用于控制玉米等农作物中的不同阔叶杂草和禾本科杂草。残留的阿特拉津会对生物造成伤害。因此,阿特拉津降解问题亟待解决。在众多的降解方法中,光催化降解技术具有节能环保,高效简便且经济成本低等优点。本文通过控制光催化剂的形貌以及形成同质结的方法对石墨相氮化碳(CN)进行改性,合成了3D管状氮化碳和多孔P-N g-C3N4同质结两种新型光催化剂,研究其对阿特拉津的降解效果,通过纸床发芽法和琼脂生根法,监测光催化降解阿特拉津对小麦种子发芽率和幼苗根长芽长生长的影响,证明其实际应用价值。具体实验结果如下:第一、以明胶与尿素作为前驱体,采用热缩聚法制备3D管状氮化碳,通过SEM,TEM和XRD等表征手段证明3D管状形貌的成功制备。通过降解阿特拉津对光催化剂的光催化效果进行评价,结果表明,当阿特拉津浓度为10 mg/L,以3-CN为光催化剂,催化剂投入量为100 mg,光催化降解8 h后,阿特拉津降解效率可达52.9%,是纯CN光催化降解效率(17.4%)3倍。通过纸床发芽法与琼脂生根法检测得出阿特拉津对小麦幼苗呈低浓度促进但高浓度抑制的现象。而且随着阿特拉津浓度的增加,小麦种子的发芽率和根长芽长的抑制越来越严重。选择抑制效果明显的10 mg/L阿特拉津作为探究小麦毒理学解除实验的供应试剂,在光催化剂3-CN的作用下,小麦种子发芽率由67.8%升至88.9%,发芽抑制率从31.2%降为0.012%;此外,根生长抑制率由31.2%降为1.8%,芽生长抑制率由17.7%降为4.2%。数据结果证明了3D管状氮化碳对阿特拉津对小麦生长造成的抑制有良好的解除效果。机理分析结果表明,3-CN体系中的活性基团为·O2-,在阿特拉津的降解过程中起主导作用。第二、利用壳聚糖与尿素采用热缩聚法合成多孔P-N g-C3N4同质结,通过SEM,TEM等表征手段证明多孔形貌的成功制备,使用XPS、DRS以及带隙图谱证明P-N同质结的形成,通过降解阿特拉津对其光催化效果进行评价,结果表明,最佳样品(3-CN)光催化降解阿特拉津的效率为60.9%,是纯CN光催化降解效率3.5倍。植物生长检测实验中,在光催化剂3-CN的作用下,小麦种子发芽率由67.8%升至93.3%,发芽抑制率从31.2%降为0.012%;此外,根生长抑制率由31.2%降为0.45%,芽生长抑制率由17.7%降为1.48%。数据结果证明了多孔P-N g-C3N4同质结光催化剂比3D管状氮化碳对阿特拉津对小麦生长造成的抑制有更好的解除效果。
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