我國(guó)農(nóng)業(yè)氨排放量約79.2萬(wàn)噸,，其中畜牧業(yè)占51.9%。氨氣是一種有強(qiáng)烈刺激性的無(wú)色堿性氣體,，影響動(dòng)物和飼養(yǎng)員的健康,，此外氨氣通過(guò)大氣干濕沉降過(guò)程返回到地表導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化，影響生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性,。傳統(tǒng)的臭氣處理工藝成本高且穩(wěn)定性差,，存在二次污染的問(wèn)題,，而光催化反應(yīng)由于其反應(yīng)徹底、無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn),，被廣泛應(yīng)用于環(huán)境治理,、能源開(kāi)發(fā)和自潔凈等領(lǐng)域。
本團(tuán)隊(duì)通過(guò)溶膠-凝膠法制備出(A-R)TiO2催化劑（ART）,，以g-C3N4（CN）為改良劑制備出g-C3N4 /(A-R)TiO2復(fù)合催化劑（ARTCN）,，并采用X射線衍射（XRD）、掃描電鏡（SEM）,、透射電鏡（TEM）,、N2吸附-脫附曲線（BET）、熒光光譜（PL）和5,5-二甲基-1-吡咯烷n -氧化物（DMPO）對(duì)ARTCN復(fù)合催化劑的結(jié)構(gòu)形貌,、比表面積,、光生載流子分離能力和反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的自由基種類進(jìn)行評(píng)估。采用氣態(tài)氨和液態(tài)氨為目標(biāo)污染物測(cè)試制備的催化劑活性,，結(jié)果顯示當(dāng)氨氣初始濃度為30mg/m3,、濕潤(rùn)空氣流量為0.9mL/min，且改良劑CN添加量為0.5g時(shí),，ARTCN對(duì)氣態(tài)氨的降解率達(dá)到80.38%,，并且重復(fù)性好，經(jīng)過(guò)反應(yīng)前后的XRD圖譜對(duì)比發(fā)現(xiàn)ARTCN在反應(yīng)前后晶型和晶面均未發(fā)生變化,；當(dāng)液態(tài)NH4+初始濃度為100mg/L,、pH為10.1時(shí)，反應(yīng)3h時(shí)ARTCN對(duì)液態(tài)氨的降解率為71.60%,，最終伴有少量的NO3-和NO2-生成,，經(jīng)過(guò)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)羥基自由基（· OH）和超氧自由基（·O2-）是光催化反應(yīng)過(guò)程中的主要活性成分。本研究結(jié)果表明當(dāng)改良劑CN添加量為0.5g時(shí),，ARTCN復(fù)合催化劑分散性更好,，光吸收性能更強(qiáng)，禁帶寬度更小,，并且ART導(dǎo)帶中的光生電子將轉(zhuǎn)移到CN的價(jià)帶,，并與CN價(jià)帶中的光生空穴結(jié)合形成Z型異質(zhì)結(jié)構(gòu)，使得其光生電子-空穴遷移和分離效率明顯提高,，進(jìn)而提高了反應(yīng)速率,。
該成果得到重慶市科研機(jī)構(gòu)績(jī)效引導(dǎo)專項(xiàng)（cstc2020jxjl20006，20240）和國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS-35,，21203）資助,。相關(guān)研究結(jié)果已發(fā)表在《International Journal of Molecular Sciences》期刊上。
圖 1 不同光催化材料對(duì)氨氣降解圖: (a) 降解氣態(tài)氨,；(b) 降解液態(tài)氨
圖 2 光催化降解時(shí)電荷轉(zhuǎn)移機(jī)理: (a) 傳統(tǒng)II型異質(zhì)結(jié),；(b) Z型異質(zhì)結(jié)構(gòu)
圖3降解過(guò)程中自由基檢測(cè)圖:(a) DMPO·O2-；(b) DMPO·OH