铋掺杂石墨相氮化碳(Bi/g-C3N4)光催化降解磺胺甲恶唑(SMX)的机制创新与环境毒性评估

《Journal of Alloys and Compounds》：Bi-Doped g-C 3N 4 for Enhanced Photocatalytic Degradation of Sulfamethoxazole Under LED Light: Kinetics, Mechanism, and Toxicity Assessment

本研究通过煅烧法合成铋掺杂石墨相氮化碳(Bi/g-C3N4)光催化剂，在LED光照下实现磺胺甲恶唑(SMX)99%降解率，较纯g-C3N4提升6.51倍。研究揭示了•O2?和•OH自由基主导的降解机制，并通过QSAR模型和种子发芽实验证实处理后毒性显著降低，为抗生素污染治理提供绿色解决方案。

　　

Highlight

铋掺杂石墨相氮化碳(Bi/g-C₃N₄)在LED光照下展现卓越的光催化性能，通过CAU-17金属有机框架作为铋前驱体，成功构建高效抗生素降解系统。

INTRODUCTION

21世纪的环境保护与可持续能源技术发展面临严峻挑战。半导体光催化剂作为利用太阳能降解污染物的利器，在解决水体抗生素污染领域具有广阔前景。

Preparation of CAU-17

采用溶剂热法合成CAU-17：将1,3,5-苯三甲酸(BTC)溶于甲醇/水混合溶液，加入五水硝酸铋(Bi(NO₃)₃·5H₂O)后，于120℃反应12小时，最终获得棒状结构前驱体。

Morphology analysis of Bi-doped g-C₃N₄ samples

扫描电镜(SEM)显示所有样品保持典型层状结构（图1B-E），CAU-17前驱体的棒状形貌在高温煅烧过程中完全解构。对比实验证实，以CAU-17为铋源制备的催化剂比硝酸铋直接合成的样品具有更优性能。

CONCLUSIONS

10Bi/g-C₃N₄在240分钟内实现99%SMX降解，其卓越性能源于铋掺杂带来的三大优势：更大的比表面积、更窄的带隙宽度以及优化的载流子分离效率。