摘要
四环素类抗生素是诱发抗性基因的十大抗生素之一。它们在水环境中广泛存在，严重威胁着人类健康和生态安全。光催化反应条件温和，是一种绿色高效的水体环境修复技术。石墨相氮化碳(g-C3N4)作为一种有机半导体，具有合成原料来源丰富、稳定性好、对可见光有响应、结构易于修饰等优点，在光催化领域引起了大家的广泛关注。然而，可见光响应范围窄、比表面积低、光生电子和空穴易复合等不足导致g-C3N4光催化降解性能较差。基于结构.性能的关系，本文采用调控前驱体组成和形貌的策略，开发了具有较高催化活性的g-C3N4光催化剂，并将其应用于盐酸四环素的降解。主要研究内容和结论如下: (1)以双氰胺、4，6-二甲基-2-羟基嘧啶(HDMP)和NaHCO3为前驱体，在空气下进行共缩聚反应，合成了HDMP掺杂和氰基缺陷共修饰的g-C3N4(HDMP-CD-CN)。表征结果表明，HDMP分子被嫁接到g-C3N4结构中，而NaHCO3导致了氰基缺陷的形成。HDMP作为电子受体，与七嗪单元组成Donor-Acceptor体系，氰基缺陷作为捕获光生电子的位点，两者共同作用促进分子内电荷转移，从而抑制光生载流子的复合，使光生载流子更容易被捕获而参与氧化还原反应。HDMP-CD-CN在可见光下降解盐酸四环素的速率明显提高，其反应速率常数为0.0406min-1，是体相g-C3N4的3.8倍。自由基捕获实验证明主要活性物种是超氧自由基(·O2-)和空穴(h+)。 (2)以双氰胺为前驱体，先对其进行水热和冷冻干燥，再在Ar下煅烧，合成了片状g-C3N4(HFDCN)。表征结果证明，水热和冷冻干燥过程不仅导致了片状结构，增加了HFDCN的比表面积，而且还通过扭曲g-C3N4的平面对称结构增强了n→π*电子跃迁。此外，扭曲结构赋予HFDCN更强的给电子能力，使得在提高光生电子和空穴分离效率的同时加快电子向PMS(Peroxymonosulfate，HSO5-)分子的转移，从而增强光催化和活化PMS之间的协同作用。在Vis-SR-AOP体系下，HFDCN可以降解91.0％的盐酸四环素，并且加入Cl-、HCO3-、CO32-、HA以及提高pH会对降解有一定的促进作用。主要活性物种是·O2-、h+和单线态氧(1O2)。
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