生态友好型GCN/印楝-TiO2光催化膜：水产养殖废水中土霉素高效降解的创新解决方案

针对水产养殖废水中抗生素残留引发的环境与健康风险，研究人员开发了基于石墨相氮化碳(GCN)与印楝叶绿色合成TiO2复合的光催化膜系统。该1:4 GCN/neem-TiO2/PES膜在荧光照射下实现土霉素(OTC)降解率90.49%（纯溶液）和72.35%（实际废水），兼具优异抗污性能（FRR达98%），为复杂水体抗生素治理提供可持续技术方案。

　　

水产养殖业的迅猛发展带来了严重的抗生素污染问题，土霉素（Oxytetracycline, OTC）作为常用抗生素，在水体中持久残留并诱发耐药菌扩散，威胁生态系统和公共健康。传统水处理方法如生物降解和吸附技术存在效率低、二次污染等局限，而粉末光催化剂又面临回收困难、实际应用效果差等瓶颈。如何开发兼具高效性、可持续性和操作可行性的处理技术，成为环境治理领域的重大挑战。

为此，Universiti Sains Malaysia的研究团队在《Journal of Environmental Management》发表创新成果，将石墨相氮化碳（Graphitic Carbon Nitride, GCN）与印楝叶提取物绿色合成的二氧化钛（neem-TiO₂）复合，构建了负载于聚醚砜（PES）膜的光催化系统。该研究通过调控复合材料比例优化电子结构，使1:4 GCN/neem-TiO₂复合材料展现出3.35 eV的低功函数和增强的可见光吸收能力。在荧光照射下，该膜对OTC的降解率在纯溶液和实际养殖废水中分别达90.49%和72.35%，且经4次循环后性能稳定。更引人注目的是其卓越的抗污性能——总污堵率（R_t）仅17.85%，通量恢复率（Flux Recovery Ratio, FRR）高达98%，显著优于纯GCN涂层膜。

研究采用X射线衍射（XRD）和紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）表征材料晶体结构与光学性质，通过光电化学测试验证电荷分离效率，并利用液相色谱-质谱（LC-MS）分析降解中间产物。实际废水实验采集自养殖场，包含悬浮物、有机物和微生物等复杂基质。

材料特性分析显示，1:4复合比例在XRD谱中同时呈现GCN的(002)晶面峰和TiO₂的锐钛矿特征峰，UV-Vis吸收边红移至520 nm，带隙降至2.38 eV。光电测试证实该比例样品具有最高光电流响应（22 μA/cm²），表明优化的电荷传输机制。

环境应用评估证实，在真实废水条件下，膜系统仍保持72.35%的OTC去除率，且总有机碳（TOC）去除率达61.8%。自由基捕获实验揭示·O₂^?和h⁺是主要活性物种，LC-MS鉴定了5种降解中间体并推断了断裂路径。

抗污性能测试中，复合膜接触角降至54.3°，亲水性提升使FRR达到98%，远高于传统PVDF膜（55.73%-76.58%）。扫描电镜显示污染物在膜表面形成松散滤饼层，易于水力清洗去除。

这项研究通过三大创新点改进了现有技术：一是采用印楝叶提取物绿色合成TiO₂，避免传统溶胶-凝胶法的有毒试剂；二是构建GCN/TiO₂异质结拓宽光响应范围；三是将催化剂固载于膜基质实现连续流操作。其重要意义在于：首次将绿色合成光催化剂与膜技术结合应用于水产废水处理，为解决抗生素污染提供了兼具高效降解和易规模化优势的解决方案。正如作者Jing Yi Chin所述，该技术“直接针对实际废水复杂性设计”，为实现联合国可持续发展目标（SDGs）中“清洁饮水和卫生设施”目标提供了切实可行的技术路径。未来研究可进一步探索太阳能驱动下的工程化应用，以及复合膜对多种抗生素的协同去除机制。