量子点敏化TiO2复合薄膜的稳定性及其对土壤熏蒸剂大气散发的控制机理研究

Methyl bromide is an important pesticide controlling soil pests in the agricultural production system . However, it has the potential for depleting stratospheric ozone, agricultural use is being phased outbut due to excessive atmospheric emission from the fumigated soil. It is a key problem how to resolve second pollution of residual fumigant using the current polymer film, coordinate the fumigant emission reduction and pest controlling. Novel environmental functional materials provide the better strategy and breakthrough to resolve the problem. In this project, the mixture of soil fumigant 1,3-dichloropropene and chloropicrin was taken as the research object. The stability of flexible TiO2 composite film sensitized with quantum dots was investigated. Then, soil column experiment was carried out to study the effect and mechanism of reducing fumigant emission into the atmosphere using the composite film, ascertain the influence of fumigation effect and soil function microbial, combing with the environmental factors. Finally, the photocatalytic degradation mechanism of fumigant was elucidated. These researches will provide the scientific basis for controlling fumigation emission by composite film.

大气臭氧消耗物质溴甲烷全面禁用引发国内外对其替代技术的研究，如何解决传统薄膜覆盖技术存在的土壤熏蒸剂二次污染问题是国内外大气污染控制领域研究的难点，也是我国顺利履约和促进农业生产可持续发展亟需解决的重大问题。近年来，新型环境功能材料在污染控制中的应用，为熏蒸剂大气散发的控制提供了全新的思路和突破点。本项目面向土壤熏蒸大气污染控制技术中迫切需要解决的关键科学问题，以具有替代潜力的熏蒸剂1,3-二氯丙烯和氯化苦混合制剂为研究对象，在前期研究的基础上，通过新颖的掺Al自钝化和无定型TiO2包覆的方法提高柔性量子点敏化TiO2复合薄膜的稳定性，探索其重复使用性能。采用室内土柱模拟实验，明确复合薄膜与土壤环境协同控制土壤熏蒸剂的效应，探明复合薄膜控制土壤熏蒸剂排放对熏蒸效果的影响，阐明熏蒸剂的光催化降解机理，为复合薄膜用于土壤熏蒸剂的大气散发控制提供科学依据，项目对于大气污染控制具有重要的科学意义。

本项目面向土壤熏蒸大气污染控制技术中迫切需要解决的关键科学问题，针对传统熏蒸剂薄膜覆盖技术存在破膜和揭膜散发的二次污染风险，以熏蒸剂1,3-二氯丙烯和氯化苦为研究对象，制备了以聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）为基底的柔性量子点敏化TiO2复合薄膜，采用土壤熏蒸实验，测定了熏蒸剂的动态变化，采用复合薄膜覆盖技术显著提高了其对土壤中熏蒸剂的大气散发控制效率，探明了复合薄膜对1,3-二氯丙烯和氯化苦混合熏蒸剂的催化降解效应及其大气散发的控制机制，氯化苦的降解比1,3-二氯丙烯快，1,3-二氯丙烯的存在促进了氯化苦在复合薄膜上的降解，氯化苦含量高时将抑制1,3-二氯丙烯的降解，明确了复合薄膜技术对土壤线虫和杂草具有熏蒸效果。将无定型TiO2引入量子点光催化剂，其不仅具有良好的光催化性能，还具有良好的稳定性和循环利用率。采用离子色谱法和质谱分析降解产物，得到了熏蒸剂1,3-二氯丙烯和氯化苦的光催化降解机理属于光还原脱卤过程。此外，生物炭的吸附与催化降解性能表明生物炭对熏蒸剂具有降解作用，热解温度与1,3-二氯丙烯的降解效率呈典型的U型关系，其潜在机制与污染物在生物炭中的分配过程密切相关，在此基础上，采用流延法制备炭基可降解薄膜，用于降解熏蒸剂。本项目可解决普通薄膜未能完全控制熏蒸剂的大气散发问题，实现复合薄膜对熏蒸剂大气散发的绿色控制。