g-C3N4光催化降解抗生素及其機理研究.pdf

1、抗生素的濫用對人類健康及生態(tài)環(huán)境構成了極大的威脅，尋找能有效的去除環(huán)境介質中殘留抗生素的方法已成為近年來研究的熱點。高級氧化技術中的光催化技術，通過產生強氧化性的羥基自由基，能氧化去除大部分有毒有機污染物，具有高效快速，無二次污染，成本低廉等優(yōu)點。相比于TiO2及Fenton等傳統(tǒng)光催化技術在實際應用時存在著紫外光激發(fā)，可見光利用效率低，反應介質pH條件苛刻，催化劑不易回收等問題，石墨型氮化碳(g-C3N4)作為一種聚合物，具有合適的禁

2、帶寬度，在可見光區(qū)具有很好的響應，且具有良好的熱穩(wěn)定性及化學穩(wěn)定性，已廣泛應用于分解水制氫及污染物的去除等。因此，本文采用熱解三聚氰胺法合成了g-C3N4，通過改變反應條件，考察其對典型抗生素的光催化降解特性；通過跟蹤測定不同體系降解過程中活性氧化物種的變化，探討其光催化氧化機理；結合降解過程中中間產物的變化分析，提出其可能的降解途徑。
　　主要研究內容及結論如下：
　　1.在可見光下(λ≥420 nm)，利用g-C3N4對

3、磺胺類藥物磺胺異惡唑(Sulfisoxazole, SIZ)進行光催化降解，考察了外加物質如苯甲酸、乙酸對其降解的影響。結果表明，苯甲酸及乙酸的加入對 SIZ的光催化降解影響很小，而這兩種外加物質的加入對P25在紫外光下光催化降解SIZ的抑制作用很強烈，說明g-C3N4在可見光下對SIZ的降解不是像P25在紫外光下產生無選擇性的氧化物種羥基自由基來對SIZ進行氧化，結合空穴捕獲實驗，我們可以推斷g-C3N4對SIZ的光催化氧化是通過價帶

4、空穴的選擇性氧化來實現(xiàn)的。
　　2.研究了g-C3N4可見光光催化氧化抗生素四環(huán)素(tetracycline, TC)的可行性，考察了抗生素初始濃度，溶液酸度，催化劑濃度對TC光催化降解的影響。結果表明，溶液酸度極大地影響著 TC的降解，在堿性條件(pH=9.85)其降解效率最高，TC的降解速率隨其初始濃度的降低和催化劑用量的增加而提高。當催化劑濃度為0.5 g/L，TC濃度為20 mg/L，pH為7.44時，反應150 min，

5、TC的去除率達到94.8％，反應12 h時，其TOC去除率為62.4%。說明g-C3N4能有效的用于TC的光催化降解。隨著反應體系中加入超氧自由基捕獲劑苯醌和空穴捕獲劑 EDTA時，150 min內，TC的降解速率降低了23%，說明 TC在降解的過程中主要涉及到了超氧自由基和空穴的直接氧化。
　　3.喹諾酮類抗生素廣泛存在于水環(huán)境中，其不易通過生物降解和光降解去除。本研究采用g-C3N4可見光光催化降解環(huán)丙沙星(Ciproflox

6、acin, CIP)。考察了不同抗生素濃度，溶液初始pH對CIP降解的影響，探討了反應機理。結果表明，CIP的降解隨著其初始濃度的降低而增強，不同 pH下，CIP降解速率均較快，堿性條件(pH=9.22)時CIP的降解速率最高。當反應溶液中加入超氧自由基捕獲劑苯醌時，其降解速率下降了50%，這說明 g-C3N4光催化降解 CIP過程中主要涉及到超氧自由基的氧化。采用液質聯(lián)用技術跟蹤檢測CIP降解過程中中間產物的變化，質譜檢測到四種主要產