UV/H2 O2 /TiO2 光催化降解水中西玛津和甲草胺农药的动力学及细胞毒性研究

推荐：本研究针对传统水处理方法难以降解的持久性有机污染物——除草剂西玛津(Simazine)和甲草胺(Alachlor)，采用溶胶-凝胶法制备TiO2 纳米颗粒，构建UV/H2 O2 /TiO2 光催化体系，系统考察了pH、催化剂剂量等参数对降解效率的影响。研究发现，在优化条件下降解效率达85%以上，且降解产物对HepG2细胞无毒性(0%)，为农药污染水体治理提供了高效环保的解决方案。

　　

随着现代农业和工业的发展，有机污染物如农药、药物和个人护理品等新兴污染物在水体中广泛检出，对生态环境和人类健康构成严重威胁。其中，西玛津和甲草胺作为典型的三嗪类和氯乙酰苯胺类除草剂，因其高毒性、持久性和生物累积性，被列为优先控制污染物。传统的水处理方法如生物降解、氯化处理和吸附法等存在效率低、易产生有毒副产物等局限，亟需开发高效环保的新型水处理技术。

在这一背景下，南非的研究团队在《Next Materials》发表了一项创新性研究，探索了UV/H₂
O₂
/TiO₂
光催化系统对这两种除草剂的降解效能及产物安全性。研究通过溶胶-凝胶法合成TiO₂
纳米颗粒，结合多种表征技术（TEM、XRD、FTIR等）确认其理化性质；采用气相色谱(GC-ECD)定量分析降解效率；并通过LDH细胞毒性试剂盒评估降解产物的生物安全性。

研究结果显示：

1. 纳米材料表征：合成的TiO₂
   以锐钛矿相为主（100%匹配），平均粒径21 nm，带隙能5.7 eV，表面富含Ti-O和-OH基团，有利于污染物吸附。
2. 降解条件优化：甲草胺在pH 7、西玛津在pH 5时降解效率最高；TiO₂
   最佳投加量为0.02 g，过量会导致颗粒团聚和光散射。
3. 动力学特征：降解过程符合二级动力学模型，西玛津降解速率（3.385×10^–4
   mg^–1
   L s^–1
   ）是甲草胺的2.8倍，归因于其疏水性和三嗪环结构差异。
4. 干扰因素：Cl^–
   和HCO₃
   ^–
   显著抑制甲草胺降解，而西玛津受NO₃
   ^–
   影响较小。
5. 细胞毒性：降解后产物的细胞毒性降为0%，显著低于原药（甲草胺32.44%，西玛津92.83%）。

结论与意义：该研究不仅证实了UV/H₂
O₂
/TiO₂
系统对难降解农药的高效去除能力，更通过细胞实验验证了降解产物的生物安全性，解决了传统研究中"高效降解但毒性未知"的瓶颈问题。其创新点在于：首次系统比较了两种结构差异农药的降解动力学差异；揭示了无机离子对降解过程的特异性干扰机制；为实际水体修复提供了参数优化模板。这项研究推动了高级氧化工艺(AOPs)在环境治理中的应用，对实现联合国可持续发展目标中"清洁饮水和卫生设施"具有重要实践价值。