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随着工业和生活水平的提高,药物及个人护理品(PPCPs)在各个领域中大范围使用。虽然PPCPs的半衰期较短,但因为个人和畜牧业过量地使用,从而引起了 PPCPs的假持续性现象。所以,PPCPs在自然水体、饮用水和污水处理厂出水中被频繁检出。PPCPs的长期存在危害水体生态环境以及人体健康,而光催化氧化技术是一种可以直接利用太阳光高效降解废水中PPCPs的方法,因此研究设计新型光催化剂用于降解水中的PPCPs具有重要意义。石墨相氮化碳(g-C3N4)作为一种可见光激发的非金属聚合物光催化材料,具有合适的能带结构和稳定的化学结构,近年来成为环境领域的研究热点。然而,传统方法制备出的g-C3N4存在可见光吸收能力差、比表面较小以及光生电子空穴对复合率高等缺点,因而其在可见光下的光催化活性并不理想,限制了它在各个领域的应用。本研究为了提高g-C3N4在可见光下的光催化性能,通过非金属掺杂和与其他半导体复合等方法对g-C3N4进行改性,设计出高催化活性的新型催化剂并将其应用于光催化降解典型的PPCPs。通过各种表征和实验,系统地研究材料的光催化机理、污染物的光催化降解机理以及水中共存离子对光催化降解的影响,为以后其应用提供理论基础。本研究的主要内容和结果如下:(1)采用一步热聚合法制备了一种新型的磷氧双掺杂石墨相氮化碳(POCN),对氟喹诺酮类抗生素的光催化降解具有卓越的光催化活性。在模拟可见光的照射下,POCN0.01对恩诺沙星(ENFX)光催化的降解速率常数是纯g-C3N4的6.2倍。根据X射线光电子能谱(XPS)和核磁共振能谱(NMR)的结果,推断P原子取代了 g-C3N4结构中的C原子,而O原子取代了 N原子。POCN0.01的带隙变小、光生载流子复合率降低和比表面积的增大,是其光催化效果的提高主要原因。本研究第一个报道了磷掺杂可以促进活性氧物种(ROS)的生成。通过淬灭实验表明,O2·-是ENFX光催化降解过程中起主要作用的活性物质。此外,通过超高分辨液质联用仪(HRAM LC-MS/MS)检测中间产物和使用Fukui函数预测ENFX的活性位点,提出了 ENFX的光催化降解途径。(2)以聚乙烯吡咯烷酮、六氯环三磷腈、盐酸胍和亲水性锐钛矿TiO2为原料,通过一步热缩合法制备出磷氧双掺杂g-C3N4复合锐钛矿TiO2异质结催化剂(POCN/TiO21-1)。在模拟可见光下,POCN/TiO2 1-1对ENFX具有卓越的光催化降解效果,其光催化活性分别是POCN0.01和TiO2的3.60倍和3.71倍。根据透射电镜的结果可知,亲水性锐钛矿TiO2成功地复合到POCN表面上形成异质结。在P和O双掺杂增强了 g-C3N4的可见光吸附能力和提高电子空穴分离效率的同时,亲水性锐钛矿TiO2纳米颗粒的复合增强了催化剂对亲水性、ENFX的吸附能力以及光生载流子的分离能力。通过H2O2的测定和电子顺磁共振(ESR)的检测结果,证实了 POCN/TiO2 1-1是一种Z机制的异质结光催化剂。通过淬灭实验结果表明,O2·-和h+在光催化降解ENFX过程中起主要作用。本研究还考量了不同pH和水中共存离子对POCN/TiO2 1-1降解ENFX的影响。此外,催化剂在经过三次循环实验后仍然保持着优秀的光催化性能,在光催化降解PPCPs领域具有卓越应用前景。(3)利用植酸和尿素为前驱体,通过一步热缩合反应成功制备了磷掺杂的g-C3N4(PCN),对吲哚美辛(IDM)的降解具有优异的光催化活性。光催化降解实验结果表明,在可见光光照下PCN对IDM的降解速率是纯g-C3N4(CN)的7.1倍。通过对PCN化学结合态的分析,发现在CN结构中,P原子取代了 C原子。根据电子定位函数分析,P-N拥有更低的电子定位函数(ELF)值,促进了光电子的转移。此外,拥有高价带的Ag2WO4被负载到PCN表面,形成Z型异质结催化剂(30%Ag2WO4/PCN)。异质结的形成不仅促进了催化剂光生载流子的分离,还提高了催化剂所产生h+的氧化能力。30%Ag2WO4/PCN产生的h+能直接氧化H2O和OH-形成.OH。通过淬灭实验结果证实,O2·-是光催化降解体系中的起主要作用活性物质。通过对IDM降解产物测定和其反应位点的预测,推导了 IDM的光催化降解途径。自然水体的光催化实验、循环试验以及水中共存离子的影响结果表明,30%Ag2WO4/PCN在光催化降解IDM废水中具有巨大的应用前景。