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抗生素废水处理光催化技术

随着社会经济的飞速发展和人口的不断增长，环境污染和能源短缺问题日益凸显，全球范围内的关注度也在持续提升。在此背景下，光催化技术应运而生，以其环保、高效、可持续等特点，成为应对环境污染和能源短缺问题的有力武器。

光催化技术，顾名思义，是利用光能进行催化反应的一种绿色环保技术。它具有以下几个独特优势：

绿色无污染：光催化反应过程中，无需添加任何化学试剂，即可实现污染物的降解和转化，减少了对环境的二次污染风险。

取之不尽用之不竭的能量来源：光催化技术依赖于太阳能，这是一种可再生能源，长久以来被人们所忽视。光催化技术将太阳能转化为化学能，实现了能源的可持续利用。

广泛的应用领域：光催化技术在环境保护、能源转化、医疗卫生等多个领域具有广泛的应用前景。

然而，尽管光催化技术在降解有机污染物和光解水制氢等领域取得了显著成果，但目前利用光催化技术同时应对环境与能源问题的研究尚属不足。因此，越来越多的科研工作者开始关注这一领域，探索光催化技术在解决环境与能源问题方面的更多可能性。

为了解决这一问题，我国科研人员正努力开展光催化技术的研究，以期在保护环境、节约能源的同时，促进经济的可持续发展。具体措施包括：

加大研发投入：政府和企业应加大对光催化技术研发的投入力度，为科研人员提供充足的经费支持，推动光催化技术的创新与发展。

优化光催化剂：研究并设计具有更高活性和选择性的光催化剂，提高光催化反应的效率，降低成本，使其更具应用价值。

拓展应用领域：在现有成果的基础上，进一步探索光催化技术在环境保护、能源转化等领域的应用，实现一箭双雕。

加强国际合作与交流：与世界各国开展光催化技术的研究与合作，共享资源和技术成果，推动全球范围内的光催化技术发展。

总之，光催化技术在解决环境与能源问题方面具有巨大的潜力。随着科研工作者们的不断努力，光催化技术必将为人类社会的可持续发展做出更大的贡献。

1、光催化降解

自1928年AlexanderFleming发现青霉素对金黄色葡萄球菌具有显著的抑制作用以来，抗生素已成为人类治疗疾病的最有效手段之一。然而，随着抗生素的滥用，我国作为全球最大的抗生素生产国和消费国，大部分水体均受到抗生素污染的影响。这些水体中的抗生素具有高毒性、低浓度、难降解和易生物富集等特点，对公众饮水安全构成威胁。因此，降解水体中的抗生素成为亟待解决的问题。

光催化技术以其经济、高效、无二次污染的特性，在水处理领域展现出广泛的应用前景。例如，Sitara等人通过超声波处理，成功合成具有异质结结构的MoS2/ZnSe，该催化剂在可见光下，2小时内对左氧氟沙星的降解率可达73.2%。Yang等人利用原位生长技术，在双配位基的聚合氮化碳中植入单原子钴，从而有效降解土霉素。Huang等人合成的Z型催化剂CuBi2O4/BiOBr，在可见光照射下，2小时内对四环素的降解率高达75.6%。此外，Wu等人通过在石墨相氮化碳上配合十六氯铁酞菁，并利用异烟酸和吡啶进行功能化，实现可见光范围内激活过一硫酸氢钾，从而去除水体中的卡马西平。Cao等人将Cd-MOF负载到氮掺杂碳架上，得到六边形结构的催化剂CdS/NC-T，其在可见光下，1小时内对四环素的降解率高达83%。Shi等人研究了一种具有中空结构的TiO2/Bi2O3催化剂，该催化剂在可见光下可实现四环素的100%降解，达到完全降解抗生素的目标。

2、在含抗生素的废水中光催化降解抗生素并耦合制氢

自从Fujishima和Honda发现在紫外光下，二氧化钛可以光解水制得氢气后，光催化制氢就成了研究的热门。Wang等在2023年发现一种不含金属的催化剂（图2），可以在可见光下分解水制得氢气，较大程度地降低了光解水制氢的成本。Liu等在2023年利用碳量子点与石墨相氮化碳相结合，构造了全新、高效且不含金属的、可完全分解水的光催化剂，并且将产生氢气的成本降低到了2.30美元/kg。

然而，上述的制氢过程均是在海水、去离子水或者纯水中进行的。2023年，Xu等发现在富含大环内酯类抗生素的水体中，在可见光的照射下，石墨相氮化碳不仅可以有效降解罗红霉素、克拉霉素等，还可以促进水的分解来制取氢气（图3），此后越来越多的科研工开始运用光催化技术同时解决环境与能源问题。Chen等通过在石墨相氮化碳边缘引入芳香环结构，使得催化剂在含有四环素的废水中不仅可以高效降解四环素，同时还可以制取氢气。Kumar等构建了催化剂g-C3N4/Bi4Ti3O12/Bi4O5I2，在可见光下，不仅拥有良好的产氢率56.2mmol·g-1·h-1，还可以同时去除氧氟沙星，去除率高达87.1%。

科研人员进行了一系列深入的研究：利用水热法合成了催化剂ZnxCd