1．目的及意义

药物和个人护理用品（pharmaceutical and personal care products, PPCPs），主要包括药品和个人护理用品及其代谢产物。PPCPs虽然结构各异，酸碱性不一，在环境中的浓度很低（ng/L~μg/L），但都具有高度水溶性、生物积累性、持久性、长距离迁移性、高毒性等，被称为“假性持久性有机污染物”^[1]。布洛芬（IBP）作为PPCPS其中的一种，用于治疗流行性感冒，发烧等炎症，但此类有机物具有难以降解和污染面广的特点，对水栖动植物具有不可逆转的伤害，将会对环境造成严重的污染。因此，对类似布洛芬这种环境污染型有机物的处理一直是需要探索的热点课题。

对于此类有机污染物，现已研究出许多处理的方法。如吸附、沉淀等物理方法，但此类方法均不能彻底去除有机物，反而容易产生二次污染。因此，研究者们发明出了高级氧化技术，该理想绿色技术能够有效解决环境污染，可以从源头解决有机物污染，其实质是产生羟基自由基（HO·）及发生一系列的HO· 链反应，由于其强氧化性，羟基自由基可以攻击水中有机污染物，直至降解为水、二氧化碳和微量无机盐，从而提升水体质量。由于这一技术具有高效、彻底、适用范围广、无二次污染等优点而备受关注。高级氧化技术主要包括Fenton 氧化法、光化学催化氧化、湿式催化氧化、臭氧法、超声化学氧化、电化学氧化、超临界水氧化等，这些氧化技术的核心原理都是利用体系中生成的强氧化剂HO#8226;对PPCPs进行无差别降解。虽然这些方法能从源头降解有机物但也存在一些问题，例如超声氧化法需要较大的资金投入，在废水领域没有得到广泛的使用。臭氧法对含有羟酸和酰胺官能团药物降解效率较低且不稳定，该方法仍未成熟。光催化氧化法现阶段开始使用一些新型光源，但由于在实际生产加工方面存在问题，该技术尚处于研究阶段，以往采用的汞灯、高压灯等传统光源，由于存在电极，会导致光源出现寿命短、耗电量大、外加电路复杂等问题。所以，本课题着眼于改善并提升高级氧化技术的氧化效率来降解去除水中的PPCPs^[2]。

本课题拟合成活性炭/碳纳米点/g-C₃N₄复合材料，这是一种不含金属的高级氧化剂，具有成本低廉、制作简单、降解效果优良等优点，通过催化H₂O₂高效产生羟基自由基（HO·）可以高效降解有机物^[3]。

其中，活性炭作为一种性能优良的吸附剂，具有独特的吸附表面结构特性和表面化学特性，利用其较大的比表面积以及疏水性等特性能够达到优秀的吸附效果^[4]。另外，活性炭化学性质稳定，机械强度高，耐酸、耐碱、耐热，来源广泛，易于改性，可再生使用。

石墨相氮化碳(g- C₃N₄) 作为碳氮材料的一种，既可作为催化剂也可作为催化剂载体，它有良好的吸附性，可吸附有机物，同时具有良好的光催化活性^[5]。由于石墨相氮化碳本身存在大的共轭体系，所以其结构稳定，能够抗酸、碱腐蚀，合成过程简单，结构和性能易于调控，且原材料便宜^[6]。

碳纳米点（CDots）作为一种继富勒烯、碳纳米管和石墨烯之后被发现的新的碳纳米材料，通常为尺寸小于10nm、准球形的纳米粒子。由于其具有良好的水溶性、生物相容性、化学惰性、低毒性、易于实现表面功能化以及良好的荧光稳定性等一系列优良性能，自发现之初就受到人们的极大关注，并成为最热门的碳纳米材料之一。碳纳米点表现出独特的光诱导电子转移，光致发光和电子储存性质，具有良好的光催化性能^[7]。特别地，CDots具有高的催化活性可以通过化学催化双氧水分解，生成氧气，或产生自由基用于降解有机物^[8]。

课题以布洛芬（IBP）作为氧化降解的目标，制备出活性炭/碳纳米点/g-C₃N₄复合物来检验对IBP的降解效果。g- C₃N₄的多孔结构可以为H₂O₂提供吸附位点以及提供H₂O₂靠近催化剂CDots的反应催化位点，但是外界添加以及后续超声辐照原位生成的H₂O₂难以从g-C₃N₄表面去除，故g-C₃N₄易受H₂O₂的毒化，而H₂O₂本身对IBP并没有降解作用^[9]。因此，本课题拟负载CDots进入g-C₃N₄中，CDots具有高的催化活性，可通过化学催化分解H₂O₂产生氧化能力更强的中间体羟自由基HO·来氧化降解IBP^[10]。但考虑到IBP与羟自由基HO·不能够高效接触的问题，本课题将加入活性炭，由于活性炭特殊的多孔性以及具有良好的吸附性，一方面能够改善g-C₃N₄的表面结构以增强对H₂O₂的吸附，另一方面能将溶液中的IBP吸附至活性炭基体当中。同时，作为电子的接受媒介和传导媒体，活性炭能使 CDots催化H₂O₂后生成的羟自由基HO·传导至基体的IBP中，增强了IBP的原位催化降解效果^[11]。

另外，本课题将利用超声辐照（Ultrasonic Irradiation）耦合复合材料对布洛芬进行降解，超声辐照能原位生成H₂O₂在复合材料表面发生催化分解生成HO·，也会直接通过水解生成HO·。同时，复合材料可能会在超声辐照过程中阻值气泡，使其发生非对称破裂，而使原位生成的H₂O₂的收率得到提升，从而进一步增大体系中HO·的生成速率^[12]。超声作用也有利于反应物与复合材料的充分接触，以提高降解反应的速率，从而能增强体系对IBP的降解能力。

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2. 研究的基本内容与方案

{title} 基本内容：本课题先分别准备柠檬酸（制备水溶性碳纳米点的关键原料）、三聚氰胺（制备g-C₃N₄）和活性炭三种原料，将三者以不同比例混合后，采用高温煅烧的方法，严格控制煅烧温度、升温速率、保温时间等工艺条件，通过升温、保温和自然冷却三个阶段一步合成三者不同比例的活性炭/碳纳米点/g-C₃N₄复合材料^[13]。随后对制备的活性炭/碳纳米点/g-C₃N₄复合材料进行表面形貌表征及微观结构表征，最后以布洛芬（IBP）作为目标，在进行超声辐照-非均相催化实验的同时，对H₂O₂分解及IBP降解效果进行观察，旨在研究活性炭/碳纳米点/g-C₃N₄复合材料与超声辐照对IBP的协同作用，从而理解体系中的“超声-吸附-催化”耦合作用机制，最终实现对IBP高效催化降解的目标。

目标：选用不同的活性炭与碳纳米点/ g-C₃N₄的配比获取不同比例成分的活性炭/碳纳米点/g-C₃N₄复合材料，根据不同条件（最佳配比、超声频率功率、不同的O₂含量、pH值、H₂O₂投加量等）下进行的降解实验所获得的H₂O₂与IBP浓度的依时性变化和讲解速率，筛选出最佳降解效果下的复合材料配比以及各项实验最佳参数，以达到降解IBP的最佳效果^[14]。