抗生素废水中的光催化:污染物降解和产氢综述

• 作者: 上官文峰 刘军营 韦之栋
• 来源期刊: 催化学报
• 关键词: 光催化 抗生素 降解 产氢 热力学
• 年，卷（期）: 2020,（10）
• 所属期刊栏目: 综述
• 页码范围: 1440-1450
• 页数: 11页
• 语种: 中文
• DOI: S1872-2067(19)63448-0

摘要

近些年来,关于抗生素药物的研究越来越多.在1998-2018的20年间,共计发表了超过5000篇关于抗生素废水处理的研究论文.其中,由于绿色环境友好型的特点,光催化降解抗生素废水成为一个新的研究热点而备受关注.本文总结了近些年来的光催化技术在抗生素废水中应用的研究进展,包括抗生素废水的降解以及转化抗生素废水产氢.对于常用的催化剂材料体系也同样进行了讨论.所涉及到的抗生素主要包含了四种常见的种类,分别是四环素类,磺胺类,β-内酰胺类以及喹诺酮类抗生素.此外,本文还列出了光催化在抗生素废水中的未来发展与挑战的前景,特别是在光催化转化抗生素废水制氢方面.在光催化氧化去除抗生素的研究中,早期的催化剂体系以TiO2基氧化物体系为主.然而,随着研究的深入,TiO2基催化剂材料一般只能响应紫外光,将极大限制其在未来的工业化应用中.人们致力于开发新的可响应可见光甚至远红外光的材料体系.而硫化物以及氮化物基材料可以满足在可见光实现光催化抗生素废水的降解.然而,由于这两类催化剂材料的价带位置过高,氧化能力不足,在可见光下的降解效果也有限.铋系材料则同时可以解决上述问题,它们通常具有可见光吸收能力且价带更正氧化能力更强,成为可见光光催化降解抗生素催化剂的热门选择之一.抗生素废水既是一种废物,也是一种能源.光催化抗生素废水制氢的研究近几年来逐渐兴起.这些研究表明,可以实现光催化制氢与抗生素废水降解的同步进行.目前的研究中,使用的催化剂材料多集中在g-C3N4以及CdS体系为主的材料上,新的材料体系有待于开发.然而,对于未来光催化与抗生素废水之间的研究,还存在着一些问题及挑战.在光催化降解抗生素中废水中,抗生素废水的氧化还原电位需要确定,这对于催化剂的选择具有一定的指导性.其次,新的高效的可见光催化剂材料仍然有待于开发.降解的路径与抗生素浓度之间的关系,也是需要深入研究之所在.而对于光催化同时产氢去除抗生素废水的体系,首先是说明氢的来源,其次在于探索厌氧环境下抗生素废水的降解路径,自由基迁移转化规律及其协同竞争关系.最后,开发新型高效的同时产氢降解抗生素废水的光催化体系依然是一个挑战和难题.