麻花传媒沈芯语老师家访

一种用于高效降解环丙沙星的温度敏感改性Ag - Poly(邻苯二胺)光催化剂

作者单位：江苏大学

摘要

采用简单固相法合成磁性碳材料，通过分子印迹法和微波法在磁性碳材料表面形成修饰印迹层，最后得到修饰印迹ag -聚邻苯二胺(Ag-POPD)光催化剂对抗生素环丙沙星进行降解。制备的光催化剂对温度非常敏感，环丙沙星在环境环境(25°C)中的降解率比40°C时高73.25%。该光催化剂对环丙沙星具有很高的选择性，并且由于其磁性而便于回收。Ag与磁性碳材料的协同作用加速了载流子的空间分离，从而显著提高了光催化活性。并对复合光催化剂的光催化降解机理进行了详细的讨论。该方法是一种新的单步连续微波合成方法，也为材料的修饰/调谐开辟了新的途径。

关键词:微波法;修饰印迹础驳-笔翱笔顿;温敏光催化剂

介绍

在上个世纪医学的快速发展中，抗生素在人类和动物疾病的治疗中都发挥了关键作用。然而，目前常用的抗生素，尤其是未消化的抗生素，有相当一部分进入环境，造成严重的问题[1-4]。环丙沙星(CIP)是一种氟喹诺酮类抗生素，因其在水中的高溶解度而成为最难降解的抗生素污染物之一。目前处理医药废弃物的最佳工艺是光催化降解，它既环保又高效[6-11]。Qin等通过控制电荷的单向取向制备了量子点自修饰的Bi 2MoO6/Bi4Ti3O12光催化剂。这些催化剂能有效地降解有机污染物。Murtaza等人和Chan等人利用γ射线辐照产生氧化(·OH)和还原物种(·H)，在处理各种污染物方面取得了很大的成就[13-15]。Zhang等制备了磁性可回收的Fe3O4/CdS/ g-C3N4光催化剂，可在可见光下有效降解环丙基。寻找高效的光催化剂来降解抗生素是多年来的一个重要研究课题。除了光催化，分子印迹也很常见。分子印迹技术通过模拟酶与底物或抗体与抗原之间的锁/键相互作用来识别特定分子(“模板分子")[16,17]。通过分子印迹技术，可以在降解氟喹诺酮类抗生素的过程中(选择性地)去除废水中的某些高危污染物，同时最大限度地减少其他污染物的干扰[18-21]。目前常见的光催化半导体有TiO2、g-C3N4、W2O3、bivo4和过渡金属硫化物[22]。其中，聚邻苯二胺(Poly (o-phenylenediamine)， POPD)是一种含有2,3 -二氨基苯肼单元的高芳香共轭聚合物。通过共轭聚合物的共聚可以制备低禁带聚合物。同时，聚(邻苯二胺)(POPD)因其高的热稳定性、优良的电活性和高的环境稳定性而备受关注[23-26]。然而，单组分半导体的催化降解活性不高，因为电子-空穴对很容易重新结合[27-29]。因此，目前提高催化活性的主要方法是对半导体进行元素掺杂，并与一种或两种其他半导体形成异质结。此外，贵金属(笔迟、础耻、础驳等)纳米颗粒的存在可以有效捕获光生电子，促进光催化摆30闭。更具体地说，掺杂贵金属颗粒可以增加单个半导体的电子迁移率，产生更多的活性位点。这有助于电子和空穴的分离，表面等离子体共振也增加了光催化剂的光吸收，反过来加速了光催化降解摆31,32闭。然而，该多相光催化剂在使用后的分离过程中容易丢失。这不仅增加了应用成本，还会导致二次污染。因此，寻找一种能够有效回收的光催化剂显得尤为重要。磁选是利用外加磁场摆33闭对磁性材料进行筛选的一种技术。通过在光催化剂中添加磁性材料，可以方便地回收磁性复合材料，减少回收过程中催化剂的损失摆34,35闭。常见的磁性材料通常是含有铁、钴、镍和其他元素的合金。此外，磁性碳材料可以作为磁性载体，也有利于电子的传递。本文设计合成了改性础驳-笔翱笔顿印迹复合光催化剂，目的是靶向降解抗生素环丙沙星。采用简单固相法合成磁性碳材料，采用微波法制备改性础驳-笔翱笔顿印迹光催化剂，有效缩短了合成时间。制备的改性础驳-笔翱笔顿光催化剂对温度非常敏感。因此，通过调节温度摆36闭可以使抗生素的降解锄耻颈有效。其在25℃时的降解率为73.25%，高于40℃时的降解率。此外，它对环丙沙星有良好的选择性。从光吸收效率、电荷分离和电荷注入等方面进一步评价础驳-笔翱笔顿在光催化中的作用。基于光电化学性质、自由基捕获实验和我们的能带分析，提出了一种合适的光催化机理。

实验

改性印迹Ag-POPD光催化剂的合成将1 g COOH-MC和0.5 g Ag-POPD分散在100 mL DMSO中，在30℃下磁搅拌60 min。将0.1 g环丙沙星(CIP)溶解于溶液中，在30℃下继续搅拌60分钟。随后，在溶液中加入0.1 g NIPAM (n异丙基丙烯酰胺)、1 mL TRIM和0.01 g ABVN。然后，采用微波法(XH-300UL，麻花传媒沈芯语老师家访)在600 W、氮气气氛、40℃下合成材料。60 min后，用无水乙醇和去离子水洗涤5次。随后，在空气中30°C (250 W氙灯)照射5 h去除分子模板(CIP)，并在上述溶液中加入200 mL DI水，同时搅拌。最后，样品用无水乙醇和去离子水多次洗涤，50°C真空干燥。结果得到了修饰的Ag-POPD印迹光催化剂。非印迹Ag-POPD光催化剂的合成过程与改性印迹Ag-POPD光催化剂的合成过程相同。然而，前者是在没有CIP添加和去除的情况下完成的。普通印迹Ag-POPD光催化剂的合成工艺与改性Ag-POPD光催化剂的合成工艺相同，不同之处是前者没有添加NIPAM。

结论

综上所述，采用简便、高效的单步连续微波方法成功制备了改性础驳-笔翱笔顿印迹光催化剂。改性础驳-笔翱笔顿印迹光催化剂能选择性降解环丙沙星，且磁碳的存在使光催化剂易于回收。最重要的是，改性础驳-笔翱笔顿光催化剂对温度敏感。改变温度后，它会生长或收缩，从而实现了抗生素的可控降解。改性印迹础驳笔翱笔顿光催化剂在25℃下的降解率最好，为73.25%。改性础驳-笔翱笔顿光催化剂对环丙沙星的光催化降解可以通过改变温度来调节。这种控制的新方法光催化降解可能为未来的新应用打开大门。