摘  要：本文以氧化钴（CoO）和掺钡氧化钴（Ba-CoO）为催化剂，对杀虫剂甲氨基阿维菌素苯甲酸酯 进行光催化降解实验，考察 pH、催化剂用量、反应时间、温度和初始浓度等因素对光催化降解效果 的影响。结果表明，酸性条件下降解效果较好，pH 5~6 时 Ba-CoO 催化剂的降解率可达 54%；增加 催化剂用量到0.02 g 时，降解效果最佳。反应时间的延长和温度的适度升高也可以提高降解率，反 之，反应条件过量或过度都会导致降解率下降。此外，Ba 的掺杂显著提升了 CoO 的光催化活性。因 此，Ba-CoO 是一种效果较好的农药光催化降解催化剂。本研究系统地考察了各影响因素对光催化 降解产生的影响，为开发高效的农药治理技术提供理论依据。

　　关键词：复合材料；光催化；农药性能研究

　　农药在现代农业中应用非常广泛，不仅能有效 提高农作物的质量和产量，还能保护农作物免受疾 病和害虫的侵染[1]。但是，农药中的大部分是持久性 的有机污染物，自身很难降解和消散，不仅会污染水 体，还会大量富集在土壤和生物体内，对人类的健康 和生态系统稳定造成潜在的威胁[2]。因此，对农药废 水进行合理处理是当下十分紧迫的重点，开发经济 有效、绿色环保的农药治理技术是解决农药污染的 关键。

　　以甲氨基阿维菌素苯甲酸酯为代表的杀虫剂在 农作物种植中应用十分广泛。在过去几十年里，人 们已经研究了化学氧化法、离子交换法、吸附法、反 渗透法等几种常规的方法来消除农药污染。然而， 这几种方法只能部分消除污染物、形成有毒污泥和 需要额外纯化的其他二次废物，从而导致了整体成 本的增加和持续时间的延长。光催化降解是处理农 药废水最有前途的技术之一，半导体材料被能量大 于半导体催化剂的带隙的能量源激发。电子-空穴 对在激发之后产生，其可以与目标物质重新结合或 与目标物质反应。在光催化降解期间产生高反应性 物质，如超氧化物和羟基自由基，其攻击有机污染物 并有助于水的净化。

　　本实验以氧化钴（CoO）和掺钡氧化钴（Ba- CoO）为光催化材料，以甲氨基阿维菌素苯甲酸盐农 药为降解剂，在太阳光照射下对合成的材料进行光 催化降解研究，研究溶液初始 pH、时间、催化剂初始 农药浓度、温度等因素对光催化降解的影响。

　　1  材料与方法

　　1.1  试剂与仪器

　　氧化钴（CoO）、掺钡氧化钴（Ba-CoO）、去离子 水，实验室自制；甲氨基阿维菌素苯甲酸酯，市售农 药；FA2004 型天平（上海恒平科学仪器有限公司）； PL-X300D-FH 氙灯光源光催化系统（北京普林塞 斯科技有限公司）；马弗炉（上海贵尔机械设备有限 公司），烧杯、量筒、试管、锥形瓶、容量瓶，蜀牛玻璃 仪器有限公司。

　　1.2  甲氨基阿维菌素苯甲酸酯标准溶液的制备

　　取 0.526 mL 市售（19 g/L）甲氨基阿维菌素苯甲 酸酯置于 100 mL 容量瓶中 ，用去离子水稀释至 100 mL 刻度，制备 0.1%甲氨基阿维菌素苯甲酸盐 标准品贮备液。在 100 mL 容量瓶中用该贮备液制 备不同浓度的工作标准品溶液，用于进一步研究工 作。

　　1.3降解实验评价

　　以甲氨基阿维菌素苯甲酸酯农药为降解对象，研究Co0和Ba-Co0光催化剂的降解性能。取10mL配制好的甲氨基阿维菌素苯甲酸酯放置于锥形瓶中，向锥形瓶内加入一定量的Co0和Ba-CoO光催化剂，研究在不同pH范围（3~12）、不同催化剂含量（0.01~0.06g）、不同温度（20~60°℃)、不同反应时间（10~120min）和不同农药初始质量浓度（810mg/L）情况下的农药降解率。甲氨基阿维菌素苯甲酸酯的降解率通过以下公式测定：

　　式中：C是甲氨基阿维菌素苯甲酸酯的初始浓度，Ct是甲氨基阿维菌素苯甲酸酯在时间t（min）的浓度。

　　2  结果与讨论

　　2.1  pH 的影响

　　为了探究酸碱性对光催化降解农药的降解率的 影响，将溶液的 pH 变化设置成 3 到 12，在 pH 的影 响下研究甲氨基阿维菌素苯甲酸酯的催化降解。从 图 1 中可以看出，溶液 pH 增大并未明显影响甲氨 基阿维菌素苯甲酸酯的降解率，降解率仅是小幅度 减小，同时还可以发现光催化剂在酸性环境中的降 解率高于碱性环境。从图 1 中我们还发现，pH 5~6 时，Ba-CoO 催化剂的降解率可达 54%，催化剂 Ba- CoO 相较于催化剂 CoO 的降解率更高，说明在 CoO 中掺杂 Ba 后，甲氨基阿维菌素苯甲酸酯的降解增 加。

　　2.2催化剂含量的影响

　　催化剂含量也是催化降解农药的一个重要参数。我们在实验中通过控制催化剂Ba-Co0和催化剂Co0的含量在0.010.06g范围内，来探究催化剂含量对甲氨基阿维菌素苯甲酸酯的催化降解的影响。从图2中发现，当催化剂含量为0.02g时，农药降解率最高；当催化剂含量超过0.02g时，降解率反而减小。这是因为催化剂含量从0.01g增加到0.02g的阶段，光催化剂含量增加，更多的活性位点可以利用，催化剂表面可以吸附更多的农药污染物，同时合量增加可以吸收更多的光子，产生更多的电荷载流子形成更多的自由基，快速降解衣药污染物，从而使降解率增加。当催化剂含量超过0.02g时，大量的催化剂颗粒在溶液中聚集，这导致可用表面积降低。由于在高剂量催化剂下溶液的浑浊，催化剂的吸收能力降低。所以，最佳催化剂用量为0.02g。

　　2.3温度的影响

　　光催化反应的温度可以影响催化剂和反应体系的效率。在大多数情况下，反应速率随着温度的升高而增强，但在某些情况下，反应速率在高温下呈现相反的趋势。为了观察温度对甲氨基阿维菌素苯甲酸酯降解的景响，在固定催化剂含量为0.02g、甲氨基阿维菌素苯甲酸酯初始质量浓度为6.6μg/mL和溶液最佳pH的条件下，将温度从20°C变化至60°℃探究温度对农药降解率的景响。从图3中可以看出催化剂Ba-Co0降解甲氨基阿维菌素苯甲酸酯的降解率随着温度升高至40°℃C而增加，这还是由于农药分子的动能增加。温度的升高增加了农药分子与光的小幅作用 ，从而增大了降解率，最大降解率为 61.7%。然而，温度超过 40 °C 后，降解率逐渐降低， 这可能是因为温度高导致农药分子与催化剂的活性 位点之间的吸附力降低，从而降解率持续下降。CoO 作为催化剂的情况下，甲氨基阿维菌素苯甲酸酯的 降解率随着温度的升高而持续降低，这可能归因于 电子-空穴对的复合速率增加，导致吸附的农药分 子的解吸。因此，Ba-CoO 较 CoO 具有更好的温度适 用性。

　　2.4  反应时间的影响

　　光催化降解受反应时间的影响。因此，在农药 初始质量浓度为 6.66 μg/mL、催化剂含量为 0.02 g 和溶液最佳 pH 固定的情况下，通过改变反应时间 （10 ~120 min），研究甲氨基阿维菌素苯甲酸酯的降 解率。从图 4 中可以看出，甲氨基阿维菌素苯甲酸 酯的降解率随着反应时间的增加而逐渐增加。这是因为随着反应时间的增加，产生的自由基不断增多， 使农药的浓度逐渐降低，降解效率逐渐升高，但随着 反应时间的推移，催化剂表面上可用位点减少，降解 效率的增加速度降低。

　　2.5  初始浓度的影响

　　为了探索甲氨基阿维菌素苯甲酸酯的初始浓度 对降解效率的影响，将含量均为 0.02 g 的 Ba-CoO 和 CoO 加入甲氨基阿维菌素苯甲酸酯初始质量浓 度为 8~10 μg/mL 的溶液中反应 60 min。从图 5 中 可以看出，当初始质量浓度从 8 μg/mL 增加到 9 μg/ mL 时，降解率逐渐增加，光催化剂表面有更多的活 性位用于吸附农药分子，因此光催化剂的吸附容量 较高。当农药初始浓度进一步增加时，降解率降低， 这是由于表面活性位被占据，导致光催化反应受到 抑制，从而使降解率降低。

　　3  结论

　　溶液 pH 对甲氨基阿维菌素苯甲酸酯的降解有 影响，酸性条件下的降解率较高。在 pH 5~6 时，Ba- CoO 催化剂表现最好，降解率可达 54%。

　　催化剂用量对降解效果有显著影响，当用量为 0.02 g 时，降解效果最佳，继续增加用量反而会导致 降解率下降。

　　反应温度升高到一定程度可以提高降解率，但 过热会使降解率下降。Ba-CoO 催化剂在温度变化 方面表现较好。

　　反应时间的延长可以提高降解率，但增加的幅 度会逐渐减小。

　　初始浓度对降解率也有影响，适度的浓度可以 获得较高的降解率，过高会导致降解率下降。

　　综合各方面条件，Ba-CoO 催化剂相比纯 CoO 催化剂表现出更好的光催化降解效果和适应性。Ba 的掺杂显著提升了 CoO 的光催化活性，是一种效果 较好的农药光催化降解催化剂。

　　参  考  文  献

　　［1］ 王波. 光催化降解有机磷农药研究［J］.当代化工, 2016, 45(4): 695-696.

　　［2］ 赵鸿云, 刘珊, 周成珊, 等. 有机农药光催化降解机理研 究进展［J］. 农学学报, 2018, 8(8): 22-26.