pH响应型TiO2/g-C3N4/rGO光催化剂的开发及其在双酚A高效降解与易回收中的应用

针对水体中内分泌干扰物双酚A(BPA)难降解、催化剂回收困难等问题，印度理工学院研究人员开发了pH响应型TiO2/g-C3N4/rGO三元光催化剂，通过二嵌段聚合物修饰实现表面润湿性可控切换，在可见光下实现95.6%的BPA降解率，且碱性条件下可快速聚集回收，为废水处理提供了兼具高效性与实用性的解决方案。

　　

【研究背景】
双酚A(BPA)作为聚碳酸酯塑料和环氧树脂的关键原料，已成为全球水体中最普遍的内分泌干扰物。即使痕量BPA也会破坏激素平衡、损害免疫功能，而传统处理技术如吸附法、生物降解等存在二次污染、能耗高等缺陷。光催化技术虽具潜力，但TiO₂因宽带隙(～3.2 eV)仅响应紫外光，且g-C₃N₄复合体系仍面临载流子复合、可见光吸收范围有限等问题。更棘手的是，粉末状催化剂难以回收，可能造成二次污染。

印度理工学院的研究团队在《Environmental Research》发表研究，通过构建TiO₂/g-C₃N₄/rGO三元复合体系，并引入pH响应型二嵌段共聚物，开发出兼具高效降解与易回收特性的智能光催化剂。

【关键技术】
采用水热法合成TiO₂/g-C₃N₄/rGO(TCG)复合材料，通过自由基聚合法制备聚(2-乙烯基吡啶)-b-聚十六烷基丙烯酸酯(P2VP-b-PHA)嵌段共聚物，经浸渍涂覆赋予TCG pH响应特性。以自来水、河水、市政污水为实际水样基质，通过HPLC测定BPA降解率，ESR检测活性氧物种，结合电化学阻抗谱(EIS)分析电荷转移效率。

【研究结果】

1. 材料表征：XRD证实TiO₂为锐钛矿相，BET显示TCG比表面积达89.7 m²/g，UV-Vis DRS证明rGO扩展光吸收至近红外区。
2. 光催化性能：含15 wt% TiO₂的TCG在pH 6、可见光下180分钟降解95.6% BPA，速率常数是纯g-C₃N₄的3.2倍。
3. 回收机制：pH升至10时，P2VP链去质子化引发疏水聚集，回收率达98.3%，5次循环后效率仅降低6.8%。
4. 实际应用：在自来水、河水、污水中降解效率分别为92.1%、85.7%、76.3%，证实抗干扰能力。

【结论与意义】
该研究通过多组分协同（TiO₂强氧化性、g-C₃N₄可见光响应、rGO电子传导）和智能界面设计，解决了光催化剂"高效性"与"可回收性"的矛盾。特别值得注意的是：

1. 机理上，•O₂^-和•OH主导BPA降解，TCG的电荷分离效率较二元体系提升217%；
2. 工程价值上，pH调控回收法比传统离心节能83%，为规模化应用提供可能；
3. 环境适应性方面，在含复杂有机物的污水中仍保持76%以上效率，优于多数报道的催化剂。

这项工作为开发兼具高性能与可持续特性的环境功能材料提供了新范式，其"降解-回收"双功能设计思路可拓展至其他难降解污染物的治理。