酞菁铁修饰富氮空位管状 g-C3N4 用于高效可重复使用的光-Fenton 降解土霉素

《Molecules》：Nitrogen Vacancy Rich Tubular g-C3N4 Modified with FePc for Efficient and Reusable Photo-Fenton Degradation of Oxytetracycline

　　

摘要

高效且可重复使用的光-Fenton 催化剂需要对光催化平台、高效的 H₂O₂ 活化位点以及实用的固定化策略进行合理整合。本文制备了富含氮空位的管状 g-C₃N₄（HCNT）作为光催化平台，随后将酞菁铁（FePc）负载到 HCNT 上形成 FePc/HCNT 复合材料，用于抗生素降解。为进一步便于催化剂的回收与重复使用，将 FePc/HCNT 复合材料固定化到聚偏氟乙烯（PVDF）膜中，记为 FePc/HCNT-PVDF。得益于微米级管状形貌，FePc/HCNT 在膜表面保持暴露状态，既保留了可及的催化界面，又减少了在聚合物基体内部的包裹。管状结构促进了反应物的传质，而表面的氮空位则增强了光生载流子的分离与利用。组分依赖性实验表明，FePc 作为 H₂O₂ 活化的主要中心，而 HCNT 则作为经缺陷工程的管状光催化平台，促进了光生载流子的分离和活性氧物种的生成。优化后的 FePc/HCNT 在 60 min 内实现了 94% 的土霉素降解，表观速率常数为 0.04462 min^?1，约为体相 g-C₃N₄ 的 11 倍，并展现出对罗丹明 B、四环素、阿莫西林和环丙沙星等多种有机污染物的广谱降解能力。FePc/HCNT-PVDF 膜在 60 min 内去除率达 90% 的土霉素，并在十次循环中保持了稳定的性能。本工作为氮空位调控、FePc 介导的 H₂O₂ 活化以及形貌辅助的膜固定化在可重复使用的 g-C₃N₄ 基光-Fenton 催化剂开发中的协同作用提供了新见解。