【ESE研究论文】石墨相碳化氮快速光催化降解微污染物
撰文｜钟捷熙（昆士兰大学）
编辑｜陈卓（ESE期刊编辑部）
自然环境中微污染物的存在逐渐引起科研界的关注，然而传统污水处理厂的生物降解过程并不能对其进行有效降解。光催化氧化技术因其产生的强氧化活性氧自由基被认为是快速降解微污染物的技术之一，但该技术必需的催化剂普遍需要贵价材料和复杂的合成过程，因此并不利于其在污水处理厂中的实际应用。本文探讨了一种易合成、价格低廉的无金属催化剂——石墨相碳化氮——在处理实际污水出水中微污染物的应用前景。本文选取了顽固微污染物卡马西平为目标，评估了石墨相碳化氮在模拟日光条件下对卡西马平的光催化降解效果。实验结果表明，该催化剂能在模拟日光条件下的15分钟之内完成对实际污水出水中卡马西平（0.1 mg/L）的充分降解。活性氧离子淬灭试验以及电子自旋共振图表明，该催化剂在激发态下产生的超氧离子以及光生电子空穴对卡马西平的降解发挥着主要作用。此外，卡马西平在光催化过程中可能的降解产物以及降解步骤亦在文章中得到阐述。该催化剂亦对多种微污染物展示了良好的降解效果(Fig. 8)。该催化剂的经济性、易合成以及高效催化的优点使其有望广泛应用于对污水处理终端微污染物的处理。
文章亮点
1. 实验室制备的石墨相碳化氮仅需15分钟即可完成对环境浓度下卡马西平的快速光催化降解(Fig. 3a)；
2. 该催化剂在实际污水出水下亦可完成对相同浓度（0.1 mg/L）卡马西平的完全降解；
3. 超氧离子及光生电子空穴被鉴定为该催化反应下降解卡马西平的主要活性氧离子(Fig. 3c)；
4. 该催化剂可在20分钟内达到对五种微污染物（0.1 mg/L）平均82%的降解率；
5. 经测试，该催化剂有望应用于对污水厂出水中微污染物的处理。
文章配图
Figure3. (a)卡马西平在暗反应，光降解以及模拟日光下光催化反应的降解曲线 (b) 分别投放活性氧离子淬灭剂后卡马西平在光催化反应下的降解曲线 (c) 四种淬灭剂在卡马西平光催化降解反应发生20分钟后的淬灭效果。
Figure 8. 石墨相碳化氮对多种微污染物的光催化降解曲线。
补充内容
截至目前，光催化降解有机微污染物的研究侧重于合成新型催化剂并测试其对高浓度微污染物(>10 mg/L)的光催化效果。此类研究中的新型催化剂普遍需要昂贵的原材料及复杂的合成工艺，不利于其在污水处理厂的应用前景。本研究着重于探索石墨相碳化氮对环境浓度下有机微污染物的光催化降解前景，阐明了其在实际应用中的潜力。
作者及单位
钟捷熙 / The University of Queensland
第一作者。昆士兰大学水管理高等研究中心三年级博士生，研究方向为光催化技术对新型微污染物的去除及其在污水处理厂中的应用前景。2015年6月在北京师范大学-香港浸会大学联合国际学院获得环境科学学士学位。2016年在香港浸会大学攻读分析化学专业硕士学位。
郭建华 / The University of Queensland
通讯作者。昆士兰大学水管理高等研究中心（AWMC）副主任，副教授。研究领域主要包括环境工程、环境微生物和环境生物技术，并重点关注这些学科的交叉融合，以期开发新型及可持续的技术手段，并将之应用于废水中的资源回收，水和废水中新型污染物（包括耐药细菌和耐药基因）的高效去除。发表经同行评审论文100余篇，包括6篇The ISME Journal。论文引用次数4400余次，H指数36。（Google Scholar, 2021年1月）
论文信息
原文题目
引用信息
Zhong, J., Jiang, H., Wang, Z., Yu, Z., Wang, L., Mueller, J. F., & Guo, J. (2021). Efficient photocatalytic destruction of recalcitrant micropollutants using graphitic carbon nitride under simulated sunlight irradiation. Environmental Science and Ecotechnology 5: 100079.
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