楊 洋， 張 雁， 嚴俊超， 王如意， 徐會佳， 茹世杰， 高竹青＊

（1.太原科技大學化學與生物工程學院，山西 太原 030021；2.山西焦化有限公司，山西 洪洞 041606）

我國人口眾多，不僅是抗生素的使用大國，而且是抗生素生產(chǎn)大國。生產(chǎn)中排放的大量抗生素，在環(huán)境中富集直接影響生態(tài)系統(tǒng)的功能，在人體中富集直接引起細菌抗藥性增強，進而嚴重危及人類健康。生物降解和非生物降解是環(huán)境中抗生素發(fā)生一系列降解反應的主要形式［1］，而光催化劑降解是污染物在自然環(huán)境中非生物降解的重要途徑之一，因此，研究光催化劑對抗生素的降解具有重要意義。本文介紹了光催化劑的研究現(xiàn)狀及其降解機理，并參考大量文獻總結(jié)了光催化劑降解抗生素的研究現(xiàn)狀，進而為人們進一步探究光催化劑降解抗生素研究提供一些幫助。

1 光催化劑的研究現(xiàn)狀

光催化劑可利用紫外光可見光將吸收的太陽光能轉(zhuǎn)化為電能或化學能。太陽能是“取之不盡、用之不竭”的能源。光催化技術(shù)是綠色環(huán)保技術(shù)，光催化劑為環(huán)境友好材料。光催化技術(shù)不但對污染物的選擇性具有廣泛性，而且對污染物的礦化程度很高。基于半導體光催化技術(shù)在環(huán)境保護方面的突出優(yōu)點，人們對它的研究日益廣泛和深入。

1）單一半導體光催化劑

硫化物和金屬氧化物半導體材料是常見的單一化合物光催化劑。如，TiO2［2］、WO3［3］、ZnO［4］、ZnS［5］、CdS［6］等。其中，多晶型金屬硫化物的壽命和活性易遭受光陰極腐蝕，從而受到嚴重的影響；TiO2對太陽能的利用率低；ZnO性質(zhì)不穩(wěn)定。

2）復合半導體光催化劑

只有當復合半導體的能帶結(jié)構(gòu)相匹配時，才可以通過復合來提高其光電轉(zhuǎn)換效率。據(jù)目前報道所知，SnO2/TiO2［7］、WO3/ TiO2［8］、MoO3/ TiO2［9］、 SiO2/TiO2［10］、Cd/TiO2［11］、SnO2/ZnO［12］、V2O5/Al2O3［13］等體系是二元復合光催化劑。

3）貴金屬沉積

在目前的研究中，Pt、Pd、Ag、Au、Ru等是較為常用的一些貴金屬。其中，Pt最常用。

4）過渡金屬離子摻雜

若想應用摻雜的方法來實現(xiàn)光催化劑對可見光的響應，其重要條件就是光催化劑應為寬帶半導體光催化劑。V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Pt等是常用的摻雜金屬離子。金屬離子摻雜的主要方式就是用離子注入和溶膠凝膠，將其準備摻雜的金屬離子摻雜到半導體的晶格中。

5）固溶體結(jié)構(gòu)可見光催化劑

將具有相似晶格結(jié)構(gòu)的寬帶半導體和窄帶半導體共溶制備固溶體結(jié)構(gòu)也是拓展可見光光催化劑的有效方法之一。常見的固溶體結(jié)構(gòu)光催化劑有GaN-ZnO［14］、ZnS-CdS［15］、ZnS-AgInS2［16］、CdSCdSe［17］等。

6）其他新型光催化劑

傅希 賢 等［18-19］提 出，La12xCaxFeO3、LaFe1-xCuO3、LaFeO3、LaCoO3等可作為光催化劑；Yao Weifeng等［20-21］提出，Bi2Ti2O7、Bi2Ti2O20等可作為光催化劑；Ye等［22］發(fā)現(xiàn)，Ag3PO4半導體能高效、快速地在可見光下催化降解有機污染物。

2 光催化劑降解機理

半導體材料（SC）存在能級分布，當用能量大于或等于半導體禁帶寬度的光照射導體時，電子受到光激發(fā)躍遷到導帶，形成導帶電子（e-），同時在價帶形成空穴（h＋），它們分別具有很強的氧化和還原的能力。半導體材料可以與水和氧氣反應，產(chǎn)生活性氧物種，進而將污染物降解掉［23-26］。具體過程見反應式（1）～（4）。

3 光催化劑降解抗生素研究進展

生物降解和非生物降解是環(huán)境中抗生素發(fā)生一系列降解反應的主要形式［1］，而光催化劑降解是污染物在自然環(huán)境中非生物降解的重要途徑之一。

Reyes等［27］對加入TiO2的四環(huán)素水溶液使用不同光源（紫外光、長波紫外光、可見光）照射，觀察到四環(huán)素迅速發(fā)生降解。高俊敏等［28］采用TiO2/ZnO復合半導體降解四環(huán)素，探討了催化劑的配比、溶液體積、初始濃度、pH、光強等因素對四環(huán)素溶液光催化降解的影響。Palominos等［29］利用ZnO和TiO2光催化劑對四環(huán)素類抗生素進行了降解，發(fā)現(xiàn)四環(huán)素的降解效率高達98%，其礦化程度高達50%。Nikolaos P等［30］采用TiO2降解磺胺嘧啶也取得了良好的效果。

Klauson、Elmolla和Chaudhuri用TiO2半導體光催化劑來降解β-內(nèi)酰胺類抗生素，降解率高于50%，同時礦化率達到80%。

徐秀全等［31］采用AgBr＠Ag3PO4降解鹽酸莫西沙星。徐秀全等［32］采用Ag/Ag3PO4光催化劑降解乳酸左氟沙星，考察了溶液初始pH值、乳酸左氧氟沙星初始濃度、催化劑用量、自由基清除劑對光催化效果的影響。

劉利偉等［33］采用TiO2光催化劑降解水中的喹諾酮類抗生素（諾氟沙星、環(huán)丙沙星、洛美沙星），探討TiO2用量、初始濃度、pH和水質(zhì)對3種喹諾酮類抗生素光催化降解的影響。Chatzitakis等［34］利用半導體光催化劑對林可胺類、喹諾酮類和氯霉素類抗生素進行降解研究。

Addamo等［35］比較了光催化劑P25TiO2和介孔二氧化鈦對林可霉素降解效率。研究發(fā)現(xiàn)，2種催化劑對其具有相似的降解效果，反應2h均能夠完全降解林可霉素。

4 總結(jié)與展望

我國是抗生素生產(chǎn)大國，隨著抗生素制藥工業(yè)的發(fā)展，產(chǎn)生的廢水排放量越來越大。此類廢水是一類高色度、含難降解和生物毒性物質(zhì)多的高濃度有機廢水，直接排放或用傳統(tǒng)法處理，往往不能達標排放，嚴重危害水體環(huán)境。對于處理水資源危機問題，光催化劑具有低能耗、可持續(xù)利用和環(huán)境友好的優(yōu)勢。但目前，大部分光催化劑對太陽能的利用率還不是很高。因此，研究具有優(yōu)良太陽能利用率的光催化劑及其更好的抗生素降解條件具有十分重要的意義，以期提高對太陽能的利用，達到綠色化學的目的。

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