g-C3N4光催化降解抗生素及其機(jī)理研究.pdf

1、抗生素的濫用對(duì)人類健康及生態(tài)環(huán)境構(gòu)成了極大的威脅，尋找能有效的去除環(huán)境介質(zhì)中殘留抗生素的方法已成為近年來(lái)研究的熱點(diǎn)。高級(jí)氧化技術(shù)中的光催化技術(shù)，通過(guò)產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的羥基自由基，能氧化去除大部分有毒有機(jī)污染物，具有高效快速，無(wú)二次污染，成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。相比于TiO2及Fenton等傳統(tǒng)光催化技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用時(shí)存在著紫外光激發(fā)，可見(jiàn)光利用效率低，反應(yīng)介質(zhì)pH條件苛刻，催化劑不易回收等問(wèn)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(jiàn)光區(qū)具有很好的響應(yīng)，且具有良好的熱穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性，已廣泛應(yīng)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(guò)改變反應(yīng)條件，考察其對(duì)典型抗生素的光催化降解特性；通過(guò)跟蹤測(cè)定不同體系降解過(guò)程中活性氧化物種的變化，探討其光催化氧化機(jī)理；結(jié)合降解過(guò)程中中間產(chǎn)物的變化分析，提出其可能的降解途徑。
　　主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下：
　　1.在可見(jiàn)光下(λ≥420 nm)，利用g-C3N4對(duì)

3、磺胺類藥物磺胺異惡唑(Sulfisoxazole, SIZ)進(jìn)行光催化降解，考察了外加物質(zhì)如苯甲酸、乙酸對(duì)其降解的影響。結(jié)果表明，苯甲酸及乙酸的加入對(duì) SIZ的光催化降解影響很小，而這兩種外加物質(zhì)的加入對(duì)P25在紫外光下光催化降解SIZ的抑制作用很強(qiáng)烈，說(shuō)明g-C3N4在可見(jiàn)光下對(duì)SIZ的降解不是像P25在紫外光下產(chǎn)生無(wú)選擇性的氧化物種羥基自由基來(lái)對(duì)SIZ進(jìn)行氧化，結(jié)合空穴捕獲實(shí)驗(yàn)，我們可以推斷g-C3N4對(duì)SIZ的光催化氧化是通過(guò)價(jià)帶

4、空穴的選擇性氧化來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
　　2.研究了g-C3N4可見(jiàn)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(duì)TC光催化降解的影響。結(jié)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(dāng)催化劑濃度為0.5 g/L，TC濃度為20 mg/L，pH為7.44時(shí)，反應(yīng)150 min，

5、TC的去除率達(dá)到94.8％，反應(yīng)12 h時(shí)，其TOC去除率為62.4%。說(shuō)明g-C3N4能有效的用于TC的光催化降解。隨著反應(yīng)體系中加入超氧自由基捕獲劑苯醌和空穴捕獲劑 EDTA時(shí)，150 min內(nèi)，TC的降解速率降低了23%，說(shuō)明 TC在降解的過(guò)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(guò)生物降解和光降解去除。本研究采用g-C3N4可見(jiàn)光光催化降解環(huán)丙沙星(Ciproflox

6、acin, CIP)?？疾炝瞬煌股貪舛龋芤撼跏紁H對(duì)CIP降解的影響，探討了反應(yīng)機(jī)理。結(jié)果表明，CIP的降解隨著其初始濃度的降低而增強(qiáng)，不同 pH下，CIP降解速率均較快，堿性條件(pH=9.22)時(shí)CIP的降解速率最高。當(dāng)反應(yīng)溶液中加入超氧自由基捕獲劑苯醌時(shí)，其降解速率下降了50%，這說(shuō)明 g-C3N4光催化降解 CIP過(guò)程中主要涉及到超氧自由基的氧化。采用液質(zhì)聯(lián)用技術(shù)跟蹤檢測(cè)CIP降解過(guò)程中中間產(chǎn)物的變化，質(zhì)譜檢測(cè)到四種主要產(chǎn)