综述：关于基于g-C3N4的光催化剂在LED光照下对抗生素降解的光催化效率的系统性综述

　　使用LED光照的g-C3N4基光催化剂降解抗生素的研究综述。分析了pH（6-7最优）、抗生素浓度（10-20 mg/L）、催化剂剂量（0.4-1 g/L）、反应时间（60-720分钟）和光强度（30-300 W）等关键参数的影响，发现34%的抗生素降解效率超过90%，且g-C3N4的光吸收特性与LED光谱匹配，显著提升降解效率。催化剂重复使用4次后，效率平均下降2.3%。研究建议优化参数并开发复合催化剂以提高效能。

　　
近年来，抗生素作为微污染物对生态环境和人类健康的威胁日益引起关注。光催化技术因其高效、低能耗和环保特性，成为去除抗生素污染的重要手段。本研究聚焦于以石墨相氮化碳（g-C3N4）为核心的光催化剂，结合LED光源进行系统性综述，揭示了影响抗生素降解效率的关键参数及其优化策略。

### 1. 研究背景与意义
全球抗生素滥用导致其在水体中的残留量激增。传统处理方法如吸附、膜过滤或生物降解存在效率低、二次污染等问题。光催化技术通过光激发产生活性氧物种（ROS），能够高效降解抗生素并生成无害产物。其中，g-C3N4因其可见光响应特性、化学稳定性及低成本制备工艺，成为研究热点。LED光源作为新型光源，具有光谱可控、能耗低和寿命长等优势，与g-C3N4的带隙（2.6-2.7 eV）高度匹配，可显著提升光催化效率。

### 2. 文献筛选与数据特征
研究团队通过多数据库检索（Web of Science、Scopus等），最终纳入60项符合LED光源与g-C3N4复合催化剂的英文研究（2017-2024年）。数据显示：抗生素浓度范围（0.5-100 mg/L）、催化剂剂量（0.02-4 g/L）、pH（3-10.5）、反应时间（8-720分钟）及光强度（1.5-300 W）是主要变量。其中，34%的实验在pH 6-7区间取得最高降解率（>90%），0.4-1 g/L催化剂剂量占比达47%，60分钟为最常用反应时间。

### 3. 关键影响因素分析
#### 3.1 pH调节
表面电荷与抗生素离子化形态的匹配是pH影响的核心机制。中性pH（6-7）时，催化剂表面负电荷与带负电的抗生素离子（如SDZ、OFL）形成强吸附，提升反应速率。研究显示，pH偏离最优值时，降解效率下降5-15%。例如，在pH 10.5时，CdS/g-C3N4对CTX的降解率达92.55%，归因于OH?浓度升高促进自由基生成；而pH 3.0时，SIZ降解效率达96%，则因酸性条件增强催化剂表面正电荷与抗生素负离子的吸附。

#### 3.2 抗生素浓度梯度
低浓度（<20 mg/L）时降解效率普遍超过90%，但浓度升高至100 mg/L时效率骤降。机理涉及活性位点饱和（如TiO2/g-C3N4对MTZ降解率从100%降至73%）、中间产物竞争（如Fe3?/g-C3N4降解SMX时效率从96%降至54%）以及光屏蔽效应（高浓度抗生素吸收可见光，减少催化剂光吸收面积）。

#### 3.3 催化剂剂量优化
0.4-1 g/L为常用剂量范围，其中0.5 g/L占比18%。剂量过低时（<0.2 g/L），活性位点不足导致降解率受限；剂量过高（>2 g/L）则引发光屏蔽和颗粒团聚。例如，ZnO/CN-25在0.5 g/L时TC降解率78%，而1 g/L时提升至89%；0.4 g/L的g-C3N4对MTZ降解率达99.9%，但剂量增至2 g/L时效率下降至82%。

#### 3.4 LED光源特性
LED光谱（400-700 nm）与g-C3N4的可见光响应完美契合。研究显示，白光LED（455 nm）对CIP降解效率达97%，蓝光LED（415 nm）对SIZ降解率提升至100%。强度方面，30-40 W区间占比23%，而150-300 W高强度LED可使反应时间缩短40%-60%。值得注意的是，13%的研究未明确LED波长，可能影响数据可比性。

#### 3.5 催化剂再生与稳定性
38项研究考察了催化剂循环稳定性。最佳案例为CNU-SA-2催化剂，经4次循环后TC降解率保持82%-85%；而Fe3?/g-C3N4在3次循环后SMX降解率骤降至53.6%。稳定性差异主要源于：①磁性分离效率（如CoFe-LDH/g-C3N4循环5次后活性保留率85%）；②表面钝化（如ZnO/g-C3N4在3次循环后效率下降30%）；③载体结构（纳米片结构比块体结构稳定性高15%）。

### 4. 技术优化方向
#### 4.1 复合催化剂设计
通过元素掺杂（Fe3?、Ag3PO4）或异质结构建（g-C3N4/Fe3O4），可将带隙缩小至2.4 eV以下，拓展至近红外光响应。如ErFeO3/g-C3N4对CIP的可见光吸收率提升40%，降解率达87.8%。

#### 4.2 多参数协同调控
最优工艺组合显示：pH 6.5、20 mg/L CTX浓度、0.8 g/L ZnFe2O4/g-C3N4催化剂、150分钟反应时间及50 W白光LED时，抗生素降解效率达98.5%。较传统UV技术，LED系统能耗降低60%，同时减少92%的汞污染风险。

#### 4.3 工程化挑战
当前研究多基于实验室规模（<1 L反应器），实际应用需解决催化剂分离难题（现有离心法分离成本高）、光分布均匀性（LED光斑尺寸需匹配催化剂粒径）及长期稳定性（工程案例中催化剂失活率高达35%）。

### 5. 结论与展望
本研究证实：LED辅助g-C3N4基催化剂对21种抗生素的平均降解率91.2%，pH 6-7、0.4-1 g/L催化剂剂量为最佳窗口。未来需突破三大瓶颈：①开发可水洗磁性催化剂（如CoFe-LDH/g-C3N4循环10次后效率仍保持75%以上）；②建立LED光谱-催化剂带隙匹配数据库；③优化中试规模反应器（光通量>1000 W/m2）以实现吨级污水处理。

该研究为环境工程领域提供了重要技术路线图，特别在制药废水处理中展现出广阔应用前景。后续研究应着重于催化剂规模化制备工艺（如连续滚筒热解法）和智能控制系统开发（基于pH-DO-ORP联动的自动调节装置）。