基于無金屬生物質碳/氮化碳復合材料的制備并應用于提高四環素降解活性

于洋 李秀梅 黃艷菊 鄭艷萍

摘 要：本實驗成功地合成了一種新型無金屬光催化劑（g-C3N4/C），其由石墨相碳氮化物（g-C3N4）和生物質碳（用作碳源的廢紙）復合而成。g-C3N4/C對四環素的降解具有明顯提高的光催化活性，降解率達66%以上。它是純g-C3N4的三倍以上。更重要的是，我們的工作不僅設計了更好的光催化材料，而且還為廢物回收提供了新思路，這與可持續發展理念相契合。

關鍵詞：廢紙;四環素;g-C3N4;無金屬;生物質碳

0 前言

隨著經濟的發展環境污染也日益加劇[1-5]。對于水體污染，特別是抗生素廢水，在沒有有效監管的情況下過量使用抗生素帶來了許多健康問題[6-9]。四環素（TC）一類廣譜抗生素一直被用作世界上使用最廣泛的抗生素之一。濫用抗生素將嚴重威脅人類和動物的健康[10]。因此，迫切需要找到一種合適的方法來解決上述問題。

在這項工作中，以廢紙為原料合成生物質碳，不僅使原料來源廣泛，成本降低，而且避免了資源浪費，減少了環境污染。受上述原理的啟發，我們首次開發了一種新型的g-C3N4復合光催化劑，用于TC的去除。另外，透射電子顯微鏡（TEM）證明了g-C3N4/C組成的多孔結構。典型的多孔材料有利于材料的良好吸附。獨特的功能材料可能會為設置用于環境保護和污水處理的光催化劑模型提供新的見解。

1 實驗

1.1 合成純g-C3N4

將5g尿素溶解在10mL去離子水中，并在磁力的作用下攪拌0.5h。隨后，將樣品置于60℃的真空干燥箱中放置24h。將其以5℃min-1的速率在500℃下馬弗爐中煅燒保持2h，然后將g-C3N4磨成粉末備用。

1.2 合成純C

將廢紙屑1.0g放入開放式坩堝中。其余步驟與合成純g-C3N4的步驟相同。

1.3 合成g-C3N4/C復合材料

將廢紙屑浸入5g尿素溶液中使其完全吸收。其余步驟與合成純g-C3N4的步驟相同。

1.4 光催化實驗

通過在可見光照射下降解TC溶液將0.1g光催化劑粉末分散在TC溶液中（100mL，10mgL-1），評估樣品的光催化活性。在光照射之前，懸浮液應進行超聲處理和振蕩，以使TC和光催化劑之間達到吸收--解吸平衡。然后，使用分光光度計（UV-2550）在室溫下以357nm的特征吸收峰檢測TC的濃度。

2 結果與討論

圖1是合成的C，g-C3N4和g-C3N4/C的XRD圖譜（我們使用的是g-C3N4/C-0.02的復合材料，與下一個特征相同），這提供了有關其特定晶體結構的更多信息。對于C的XRD圖譜，可以看到一個明顯的峰位于2-80°的范圍內，這是純碳光譜的特征峰。在27.4°處更尖的峰屬于共軛芳族體系的[002]衍射峰，而在13.1處的峰則歸因于s-三嗪單元的面內排列而產生的（100）峰，與標準g-C3N4模式（PDF50-1250）完全匹配。對于g-C3N4/C，幾乎可以檢測到所有與g-C3N4和C對應的主峰。但是，與純g-C3N4相比，g-C3N4/C的半峰全寬已加寬，這是由于引入了少量碳所致。值得注意的是，C的峰極弱，這是由于g-C3N4/C中純C的相對含量較低。

通過降解TC溶液（20mg/L）來評估不同光催化劑的降解性能，圖2顯示了制備的g-C3N4和g-C3N4/C的樣品在可見光下對TC在90min的降解性能，從圖中可以明顯的看出，所制備的復合光催化劑子啊90min內對TC的降解效率可以達到66%，相較于純的g-C3N4，提高了3倍以上，這主要歸因于廢紙生物質碳的良好傳導電子的性能，極大地促進了電子空穴對的分離效率，促進了光催化活性的提高。

3 結論

綜上所述，成功制備了無金屬的生物質碳改性的g-C3N4（g-C3N4/C）。這項工作為通過廢紙的二次利用處理廢水提供了新思路。制備的g-C3N4/C-0.02在可見光下90min內顯示出對TC的最佳光催化活性（66%），遠高于純g-C3N4。本研究為去除抗生素污染物提供了一種有希望的光催化材料。

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課題名稱：基于抗生素類廢水高效去除光催化納米反應器的設計及其催化性能研究，編號：202001ND，單位：通化師范學院。