绿色合成CeO2纳米颗粒的光催化应用：高效降解四环素的环境治理新策略

本研究针对水体中抗生素污染问题，采用绿色合成法制备CeO2 NPs，通过XRD、TEM、BET等技术表征其结构，并验证其在可见光下对四环素（TC）的高效降解能力（75分钟降解率达93%）。该研究为绿色纳米材料在废水处理中的应用提供了经济环保的解决方案。

　　

随着工业化和医疗业的快速发展，抗生素类污染物在水体中的残留已成为严峻的环境问题。四环素（Tetracycline, TC）作为一种广泛使用的抗生素，其难以自然降解的特性导致其在环境中持续积累，进而引发微生物耐药性扩散和生态系统失衡。传统的水处理技术对这类污染物去除效率有限，且可能产生二次污染。因此，开发高效、环保的降解技术迫在眉睫。

在这一背景下，光催化技术因其利用太阳能驱动反应、无二次污染等优势受到广泛关注。其中，二氧化铈（CeO₂

在此背景下，研究人员开展了一项针对绿色合成CeO₂ NPs及其光催化降解四环素的研究，成果发表在《Results in Materials》上。该研究不仅提供了一种环境友好的纳米材料制备策略，还深入探讨了其在实际废水处理中的应用潜力。

为开展本研究，团队主要采用了以下关键技术方法：以黄芪胶（Tragacanth gel）为绿色还原剂合成CeO₂ NPs，通过X射线衍射（XRD）、场发射扫描电子显微镜（FESEM）、透射电子显微镜（TEM）、BET比表面积分析和紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis-DRS）对材料进行结构、形貌和光学性质表征；使用批次光反应器系统进行光催化实验，考察了催化剂剂量、污染物浓度、光照时间等因素对四环素降解效率的影响，并通过自由基捕获实验验证反应机制。

研究结果部分如下：

3.1. 表征

XRD分析显示CeO₂ NPs为立方晶系结构，结晶尺寸约14 nm。FESEM和TEM图像表明材料具有多孔结构且分布均匀，粒径约25 nm。EDX谱图证实样品仅含铈（Ce）和氧（O）元素。BET测试显示材料比表面积为45.837 m²/g，属介孔结构。UV-Vis-DRS所得带隙为2.86 eV，说明该材料适用于可见光催化。

3.2. 光催化

在最优条件（CeO₂ NPs剂量800 mg/L，TC浓度15 mg/L，可见光照75分钟）下，TC降解率达93%。催化剂重复使用5次后仍保持90%活性，显示出良好稳定性。自由基捕获实验表明，羟基自由基（•OH）和单线态氧（¹O₂）是降解过程中的主要活性物种。基于能带位置计算（导带-0.37 eV，价带2.49 eV），作者提出了光生电子-空穴对生成及后续自由基反应机制，最终导致TC分子氧化分解。

该研究通过绿色合成成功制备出高效、稳定的CeO₂ NPs光催化剂，其在可见光下对四环素表现出优异的降解性能。这不仅为解决抗生素污染提供了新材料，也彰显了绿色纳米技术在环境治理中的巨大潜力。该方法兼具经济性与可持续性，为未来工业废水处理技术的开发提供了重要参考。