g-C3N4基光催化剂制备以及g-C3N4光催化氧化—微藻降解联用去除诺氟沙星研究

来源 :浙江海洋大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:humeiyu2009
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喹诺酮类抗生素由于具有抗菌谱广、杀菌力强、与其他抗生素之间无交叉耐药性等特点,被广泛应用海水养殖业中,而海水养殖水体的抗生素处置不当,势必会对海水生态系统造成影响。如何有效治理污水排放导致喹诺酮类抗生素污染成为急需解决的问题。g-C3N4光催化氧化法是一种新兴的污染物高效处理技术,但g-C3N4存在较低比表面积、较差的光子响应以及光生电子/空穴对的高复合率等问题,故采取改进基于g-C3N4多元复合光催化剂来解决此问题。虽然已有研究表明微藻可对多种抗生素进行降解去除,但直接利用微藻降解去除抗生素,因抗生素的毒性大导致微藻活性不高且耗时较长。为解决上述问题,本论文以典型的喹诺酮类抗生素——诺氟沙星(NFX)为降解去除对象,在制备基于g-C3N4多元复合光催化剂的基础上,探索将g-C3N4光催化剂光化学氧化与微藻降解联用的可行性,以期达到高效去除诺氟沙星的目的。本文制备了两种新型光催化材料。一种是采用水热法和高温煅烧法制备的Zn O/g-C3N4/Fe3O4(ZGF),另一种是在表面活性剂CTAB的辅助下使用一步水热法合成并通过与管状g-C3N4的物理掺杂制备的Bi2WO6/Bi2S3/g-C3N4(Bi SW-GCN)。第一种光催化材料的比表面积和孔容有所提高,具有良好的磁性,拓宽了其对于可见光范围波长的吸收。第二种光催化材料中g-C3N4和Bi2S3很好的负载到了花瓣状Bi2WO6上,荧光强度有所降低,有利于光生电子空穴对的有效分离。当ZGF催化剂用量为1.43 g/L、溶液p H值为7.12、NFX浓度小于8.61 mg/L时,NFX去除率高于90%。循环使用5次效率依然可达92.8%。Bi SW-GCN材料在中性环境中效果最佳,当添加1 g/L的Bi SW-GCN时,在120 min内对于8mg/L的NFX溶液降解率可以达到92.4%。毒性试验结果表明NFX降解产物对大肠杆菌无毒害作用。光催化材料的作用机理主要为空穴氧化。对中间产物进行分析,NFX的氧化降解主要分为杂环破坏、苯环脱氟、脱羧反应三个途径。对于光催化氧化与微藻降解联用的可行性也进行了研究,以光催化剂管状g-C3N4和磁性ZGF为主体,通过光催化氧化——小球藻降解联用对NFX进行了降解研究。g-C3N4——小球藻联用组和ZGF——小球藻联用组对光催化降解处理后的残余NFX降解率可以达到72.5%和82.1%,相比于纯光催化降解效果提升了3.1倍和1.7倍。在此降解过程中小球藻生物量在4 d和3 d后开始显著上升。对小球藻转录组分析表明,对NFX光催化降解产物进行降解后的小球藻,其催化活性、生物解毒活性、水解酶活性、氧化还原酶活性、生物矿化活性基因的富集度很高,与小球藻代谢降解NFX直接相关的基因,如P450药物代谢基因等表达情况也有了显著提升。二者联用解决了光催化反应存在的中间产物复杂时催化活性下降的问题,也降低了中间产物二次污染环境的可能性。
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