诺氟沙星，上海麦克林生化有限公司，纯度99.87%；冰乙酸，四川西陇化工有限公司，纯度99%；超纯水，实验室自制；纳米二氧化钛，上海麦克林生化有限公司；盐酸，四川西陇化工有限公司；氢氧化钠，天津市盛奥化学试剂有限公司，纯度96.0%；氯化钠，天津市盛奥化学试剂有限公司，纯度99.5%；氯金酸溶液，上海麦克林生化有限公司；硼氢化钠，天津市光复精细化工研究所，纯度98.0%。

实验所需仪器：可程式氙灯老化试验机，XPA-7，杭州五佳机械设备有限公司；紫外分光光度计，UV-1800，岛津仪器有限公司；扫描电子显微镜，ZEISS SUPER 55VP；透射电镜，HITACHI H-600；台式酸度计，PB-10，赛多利斯仪器有限公司；奥豪斯千分位电子天平，超声波清洗器，KQ-500DE，昆山超声仪器有限公司；恒温磁力搅拌器，85-2B，金鑫仪器科技有限公司）；飞鸽牌高速离心机（Anke）。

首先称取1g纳米TiO₂加入300µL的0.2mol/L氯金酸溶液中，再加入200mL的超纯水，用封口膜封好置于磁力搅拌器上搅拌12h。然后用1.0mol/L NaOH水溶液将其pH调至10。在调好pH的光催化剂溶液中加入1.0mol/L的硼氢化钠水溶液2mL，继续搅拌。接着将搅拌好的水溶液过滤或离心后用去离子水洗涤至中性，离心分离或过滤，所得固体真空干燥，即得Au-TiO₂可见光催化剂。

实验中主要是利用紫外-可见吸收光谱仪对样品中的诺氟沙星浓度进行测定。通过全波长扫描确定了诺氟沙星的最大吸收峰在272nm，因此通过测定待测样品在272nm处的吸光度，并根据Lambert-Beer定律可以确定样品中诺氟沙星的浓度。称取0.01g诺氟沙星抗生素试剂至洗净烘干的烧杯中，使用冰乙酸调制出pH为2.2的超纯水定容至1L容量瓶中，得到10mg/L的抗生素溶液。上下摇晃使之充分混合，并贴上标签于暗处存放。使用1ml移液枪分别取0.5mL、1mL、2mL、2.5mL、4mL、5mL的母液置入10mL容量瓶中定容，得到0.5mg/L、1mg/L、2mg/L、2.5mg/L、4mg/L、5mg/L的抗生素溶液。使用分光光度计测定其吸光度，根据不同浓度梯度与其吸光度绘制出诺氟沙星在水环境中的标准曲线，如图1所示。

光催化降解反应在可程式氙灯老化试验机中进行，以氙灯为入射光源。将配制好的抗生素反应液加入定量光催化剂，置于可程式氙灯老化试验机，在室温下暗反应30min，使催化剂与抗生素达到吸附-解析平衡，然后打开光源，反应一定时间取样离心，取上层清液，用紫外-可见分光光度计测反应前后溶液的吸光度，通过诺氟沙星的标准曲线可以算出诺氟沙星浓度，并通过式(1)计算出抗生素诺氟沙星的降解率，从而评价催化剂对诺氟沙星的光降解效果。

式中，x₀为诺氟沙星的初始浓度；x_t为t时刻诺氟沙星的浓度；y为诺氟沙星降解率。计算降解率，以此评价催化剂的活性。

利用SEM、TEM对催化剂的形貌进行了表征，图2为Au-TiO₂的扫描电镜图及透射电镜图。从图中可以看出催化剂Au-TiO₂是由均匀的规则球状纳米颗粒所组成。为了探究催化剂Au-TiO₂对水体中诺氟沙星的降解是否可行，本实验设置了2个对照实验，一个实验是加入Au-TiO₂催化剂的暗反应，另一个是加入Au-TiO₂催化剂的光反应，分别取2份10mg/L的pH为8的诺氟沙星储备液100mL，一份加入0.05g Au-TiO₂催化剂，用锡箔纸包裹好放在暗处进行反应，另一份加入0.05g Au-TiO₂催化剂进行光照反应，所有反应时间均为120min，每隔10min取样，测定其吸光度，考察溶液吸光度变化情况，以此判断诺氟沙星的光降解可行性。结果如表1所示，在催化剂Au-TiO₂存在下，120min暗反应过程中诺氟沙星吸光度基本无变化，说明该催化剂在无光的条件下对诺氟沙星没有明显降解作用。而光反应过程中，诺氟沙星吸光度有明显下降，说明光照对诺氟沙星的降解有促进作用。由此可见，Au-TiO₂催化剂光降解诺氟沙星是可行的。

在实际生活中，污水的pH通常不是中性，水体中pH的变化既能够改变抗生素的存在形态，又能够影响活性自由基的生成速率，这可能对光降解的过程有较大的影响，为了探究溶液的pH对诺氟沙星降解率的影响，配置一系列不同pH的诺氟沙星溶液进行光降解实验。取4组浓度为10mg/L诺氟沙星反应液各100mL，加入Au-TiO₂催化剂0.03g，用0.2mol/L的NaOH储备液和0.1mol/L的HCl储备液调节诺氟沙星溶液pH，分别制成pH为4、6、8、10的反应液，放入老化箱反应80min，定时取样离心，测其吸光度，结果如图3所示，在溶液pH为4和6时对诺氟沙星表现出比较好的降解效果。在80min获得了37.6%和38.1%的降解效率，且降解率随着时间的延长逐渐提高。由此可见，诺氟沙星在中性条件下的光催化降解效果最好，随着酸碱性的增强，降解效果逐渐降低，但相对于偏碱性条件，偏酸性的环境下其降解效果更好。有研究显示，pH对光催化降解效果的影响主要是改变TiO₂表面电荷及有机物的质子化状态。TiO₂的零电荷位点约为6.5，当pH大于7时呈负价，使得正价有机物更易进行光降解。当pH小于7时则呈正价，此时负价有机物光催化降解更易进行。喹诺酮类化合物分子是中性基团，在中性条件下为两性离子状态，更易发生质子化反应，具有较高的光活性，使得该条件下光催化降解效率最高。同时，不同酸碱条件下氟喹诺酮类化合物光解速率差异很可能是因为不同离子形态下氟喹诺酮类化合物的量子产率不同而造成的。另外，光催化降解反应会产生羟基自由基作为主要活性物质，而pH会影响羟基自由基的生成，使光催化降解反应的效率发生改变。综上所述，在接近中性条件下，催化剂对诺氟沙星的降解效果更显著，酸性和碱性过强则会大大抑制催化剂对诺氟沙星的光降解。

氯离子是自然水体、城市废水和饮用水消毒过程中常见的阴离子，可能对水体中氟喹诺酮抗生素的光化学过程产生影响。多数研究表明氯离子对氟喹诺酮类抗生素的光解无明显影响，但有些研究则发现其会抑制或促进抗生素的光解。抗生素的浓度、结构和氯离子的浓度会决定氯离子对氟喹诺酮类抗生素光解的影响。为了研究盐度对诺氟沙星光降解的影响，实验设置pH=7、浓度为10mg/L的诺氟沙星反应液100mL共5份，分别加0.03g Au-TiO₂，然后添加适量NaCl配成盐度为0.1g/L、0.5g/L、1.0g/L、1.5g/L、2.0g/L的反应液，置于老化箱进行光催化反应，定时取样，测溶液的吸光度，结果如图4所示，可以看出，诺氟沙星的降解率随着盐度的增大有下降的趋势。研究显示，水中含有Cl^-等卤素离子，其重原子效应会降低目标化合物的光降解效果，这与本实验结果一致，由此可见，Cl^-对诺氟沙星光降解存在抑制作用。

研究表明，溶液中投加TiO₂可以提高可见光的吸收，增加可利用光敏位点，促进更多氧化物质形成，如羟基自由基的数量增加，从而加快光催化氧化抗生素的反应速度。因此，为了考察催化剂Au-TiO₂量对诺氟沙星光降解的影响，分别设置了5组不同催化剂量的对照实验。实验在pH为7的条件下，分别取5份10mg/L的诺氟沙星储备液100mL，分别加入0g、0.03g、0.05g、0.08g、0.12g Au-TiO₂催化剂，置于氙灯老化试验机内进行光解反应，定时取样离心，测定吸光度，结果如图5所示。诺氟沙星的降解率随着反应时间延长而提高，随着催化剂Au-TiO₂量增加逐渐增加，当催化剂Au-TiO₂用量在0.08g时对诺氟沙星光降解效果最好，降解率达80.7%。继续增加催化剂的量，诺氟沙星的降解率不升反下降，这可能是虽然TiO₂可以提高抗生素降解速率，但是当TiO₂用量超过一定值时，其粒子产生一定的遮蔽作用，并产生光散射现象，从而使抗生素的降解率下降。因此，TiO₂对抗生素的光催化降解通常存在催化剂用量的最优值，与催化剂和污染物的性质以及光化学反应器的性能有关。这与本文结果一致，因此，Au-TiO₂选用0.08g是本实验最优催化剂用量。

研究通过制备高效可见光催化剂Au-TiO₂，考察了不同环境因子对光降解水中诺氟沙星的影响规律，发现在中性条件下诺氟沙星抗生素的光催化降解效果最好，越偏离中性条件降解效果越差，但在偏酸性条件下的降解效果优于偏碱性条件；水中的氯离子对诺氟沙星降解存在抑制作用；当优化Au-TiO₂用量0.08g、初始浓度10mg/L、pH为7时，反应80min获得了80.7%的最佳诺氟沙星降解率。该方法催化剂合成步骤简单，反应条件温和，催化效率高，降解过程直接利用太阳光，可以大大降低成本，是一种有工业应用前景的绿色、高效的新材料，进一步证明利用清洁、分布广泛的太阳光照对抗生素进行光降解是可行且具有应用潜力的抗生素消除途径。