石墨相g-C3N4基光催化复合材料制备及其降解水中PPCPs研究

Abstract: Pharmaceutical and personal care products (PPCPs) are a new type of pollutants which are difficult to be treated in the conventional sewage treatment processes. g-C3N4 photocatalytic technology is very effective in the treatment of these pollutants. However, g-C3N4 has very poor utilities of visible light and low recovery rate. In this project, the g-C3N4 based heterojunction magnetic nanocomposites will be synthesized through hydrothermal method and solvent-thermal method. The microcosmic characteristics, surface chemical morphology, carrier separation efficiency, photocatalytic properties and magnetic properties of C3N4 heterojunction magnetic nanocomposites will be analyzed by various characterization methods. And the optimal synthesis conditions of the nanomaterials composites and the mechanism of enhanced the nanomaterials photocatalytic ability will be clarified. The nanomaterials will be used to dispose two typical PPCPs contaminants. Through the analysis of the intermediate products in the process of photocatalytic degradation will be carried out by various analytical methods, the mechanism of typical PPCPs pollutants treatment by the nanomaterials will be revealed. This implementation of this project will provide theoretical basis and technical support for the development of new PPCPs treatment technology in the future.

药品及个人护理品（PPCPs）是一类日常生活中大量生产且常规污水处理工艺难以将其去除的新型污染物。石墨相g-C3N4光催化技术是目前处理降解该类污染物较为有效的一种新型的高级氧化技术，但石墨相g-C3N4存在可见光下催化性能差、回收利用率低等问题。针对这些问题，本课题拟对石墨相g-C3N4纳米材料进行功能化设计和组装，构建复合的光催化磁性半导体材料，利用多种现代表征手段揭示石墨相g-C3N4基磁性光催化复合材料的微几何特征、表面化学形态、载流子分离效率、光催化特性、磁性特征，从而阐明复合材料的最优合成条件、催化活性提高机制。采用该纳米复合材料对典型PPCPs污染物进行吸附降解，通过多种分析检测手段对光催化降解过程中的中间产物的规律进行分析研究，最终得出该纳米复合材料对PPCPs典型污染物的降解过程和反应机制，为未来发展新型PPCPs处理工艺提供理论依据和技术支持。

药品及个人护理品（PPCPs）作为一类新型污染物，在大部分地区的河流、湖泊水体中均有检出，由于PPCPs的种类不断增加，其检出种类和检出频率的持续增加已经对人体健康和生态环境造成严重的威胁。这类污染物多数属于生物难降解的污染物，常规的污水处理工艺和给水工艺都很难将其有效去除。因此，如何去除在水环境中残留的PPCPs技术受到国内外研究人员的密切关注。光催化氧化技术作为一种高级氧化技术在去除难降解有机污染物方面具有良好的实际应用价值，受到越来越多研究人员的关注。目前光催化半导体材料从组成材料上大体分为两类：金属半导体材料和非金属半导体材料。石墨相g-C3N4作为一种新型的非金属半导体光催化材料，由于其独特的电子结构和合适的禁带宽度（2.7eV），使其在光催化环境污染治理方面具有广阔的应用前景。石墨相g-C3N4能带结构容易调控，其出色的二维结构也易于其他纳米粒子掺杂，使石墨相g-C3N4成为了极具潜力的半导体材料而受到学者们的广泛关注。本研究以城市污水厂中PPCPs常见的典型磺胺类抗生素作为研究对象，通过对石墨相g-C3N4纳米材料进行功能化设计和组装，再与磁性纳米颗粒合成为复合催化剂，从而解决了纯石墨相g-C3N4催化剂可见光利用效率低、光载率低、难以回收等问题。研究了制备的磁性复合材料对磺胺类抗生素污染物的光降解活性，探究了不同因素对该磁性复合材料的光催化性能的影响规律，阐明了PPCPs在光催化体系中的降解过程和机制。本项目的展开和实施为制备环境友好型高效纳米光催化复合材料提供新思路，为高效去除水中PPCPs类污染物的去除提理论基础和技术支持，在水处理领域具备广泛的应用前景。