西安建大研發(fā)新型復(fù)合光催化劑去除高濃度諾氟沙星

西部網(wǎng)訊（記者 李卓然）諾氟沙星（又稱氟哌酸）是目前最常用的喹諾酮類抗生素藥物，進(jìn)入人體后由于無(wú)法被完全代謝，導(dǎo)致易殘留在多種水體中，危害嚴(yán)重。近日，西安建筑科技大學(xué)交叉創(chuàng)新研究院修復(fù)生態(tài)學(xué)研究團(tuán)隊(duì)以活化生物炭（ACB）為載體，通過(guò)水熱反應(yīng)聯(lián)合化學(xué)共沉淀法研發(fā)了新型氮硫共摻雜生物碳基磷酸銀復(fù)合光催化劑（N,S-Ag3PO4@ACB），并嘗試應(yīng)用去除高濃度的諾氟沙星。研究成果《新穎的Z-Scheme型氮硫共摻生物炭基磷酸銀復(fù)合材料高效去除諾氟沙星及協(xié)同機(jī)制》在Nature旗下期刊npj Clean Water發(fā)表，系統(tǒng)地探究了諾氟沙星的降解效果、多重環(huán)境因子影響、實(shí)際廢水處理、降解過(guò)程與路徑等，從而揭示了協(xié)同增強(qiáng)光催化的作用機(jī)制。論文第一作者兼通訊作者為青年教師王彤彤，西安建筑科技大學(xué)為該論文第一完成單位。

該研究構(gòu)建的復(fù)合光催化劑本質(zhì)上是含有納米銀顆粒的硫化銀/磷酸銀/活化生物炭三元復(fù)合材料，該復(fù)合材料具有特殊的p-n異質(zhì)結(jié)與Z-scheme型光生載流子轉(zhuǎn)移模式。采用氮硫共摻雜方式能豐富該復(fù)合光催化劑的元素組成、表面官能團(tuán)和缺陷，同時(shí)也活化了介孔結(jié)構(gòu)。該復(fù)合材料在200—800納米全可見(jiàn)光段均有明顯的吸收，對(duì)諾氟沙星表現(xiàn)出高效去除效果。在光照120分鐘時(shí)對(duì)高濃度（50 mg·L-1）諾氟沙星的去除率超過(guò)90.42%，降解速率常數(shù)為0.0175每分鐘，總有機(jī)碳去除率達(dá)69.67%。在光照1小時(shí)即可對(duì)常見(jiàn)濃度（10 mg·L-1）的諾氟沙星完全去除。該復(fù)合光催化劑還具有多次可重復(fù)利用性、光穩(wěn)定性和在復(fù)雜環(huán)境下的抗干擾性。與同類型研究的光催化劑相比，該復(fù)合光催化劑更具性價(jià)比。

更重要的是該研究還揭示了非金屬元素共摻雜協(xié)同增強(qiáng)貴金屬半導(dǎo)體催化的作用機(jī)制。研究顯示：石墨氮能活化了該復(fù)合材料的多孔結(jié)構(gòu)并增大了比表面積；氮和硫元素的孤電子能促進(jìn)電荷的快速轉(zhuǎn)移，而且納米銀顆粒的表面等離子共振效應(yīng)也能提高光生電荷的分離效率；這與生物炭表面上的含氧官能團(tuán)、環(huán)境持久性自由基和缺陷結(jié)構(gòu)一起協(xié)同增強(qiáng)了光催化反應(yīng)中活性氧自由基的生成。而且，該復(fù)合材料在可見(jiàn)光照射下就能產(chǎn)生大量活性氧自由基，例如超氧自由基、空穴和羥基自由基等，可快速氧化降解諾氟沙星。此外，該研究還發(fā)現(xiàn)尚未見(jiàn)報(bào)道的新降解中間體（P7）。經(jīng)鑒別，P7是喹諾酮類抗生素共有的官能團(tuán)，其對(duì)該類抗生素的降解過(guò)程起到承上啟下的關(guān)鍵作用。

該研究為非金屬共摻雜協(xié)同增強(qiáng)貴金屬半導(dǎo)體光催化機(jī)制指引了新觀點(diǎn)，完善了相關(guān)理論，也為喹諾酮類抗生素的降解過(guò)程及新降解中間體提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)，有助于推動(dòng)低成本光催化技術(shù)的高效應(yīng)用。

西安建大交叉創(chuàng)新研究院修復(fù)生態(tài)學(xué)研究團(tuán)隊(duì)在學(xué)科帶頭人石輝教授帶領(lǐng)下，以“立足生態(tài)、面向工程、交叉融合、突顯應(yīng)用”為特色，已在水環(huán)境生態(tài)化處理、水質(zhì)保障和修復(fù)、土壤有機(jī)污染修復(fù)和城市植被攔截空氣顆粒物方面形成研究?jī)?yōu)勢(shì)，并發(fā)表多篇國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)論文，致力于多項(xiàng)國(guó)家及省部級(jí)科研項(xiàng)目的研究，努力為西北干旱區(qū)和秦嶺生態(tài)保護(hù)等方面作出新貢獻(xiàn)。

編輯：李卓然