引言

水中獸用抗生素磺胺嘧啶(SDZ)和四環(huán)素(TC)難以被生物降解，長期接觸會增加胃、腸、肝、腎損傷風(fēng)險(xiǎn)，給人類健康造成不可逆轉(zhuǎn)危害。傳統(tǒng)的抗生素去除技術(shù)包含生物法、電解法、光催化法等，但都因其高成本和復(fù)雜工藝而受到限制。高級氧化工藝通過生成高活性氧化物種降解有機(jī)污染物已成為目前的主流技術(shù)，半焦（Semi-coke，SC）是煤化工過程中的固體廢棄物，來源廣泛、成本低廉，可作為礦物生物炭活化過硫酸鹽（PS）生成活性氧（ROS），用于抗生素的高效降解去除。

在本文中，蘭州大學(xué)周雷老師和鄭易安老師課題組利用SC活化PS構(gòu)建了SC/PS高級氧化體系，同時(shí)去除水環(huán)境中的SDZ和TC。采用自由基淬滅試驗(yàn)和電子自旋共振技術(shù)分析了活性氧成分，提出了SC/PS體系的活化機(jī)制和降解途徑，并采用費(fèi)氏弧菌對降解產(chǎn)物的急性毒性進(jìn)行了評估。研究結(jié)果表明，在PS為0.75 g/L、SC為0.50 g/L，pH=3.0，溫度30℃的優(yōu)化條件下，SC/PS體系的降解率分別為97.8%（SDZ）和97.2%（TC），且SDZ和TC之間存在協(xié)同促進(jìn)效應(yīng)。SC表面的極性基團(tuán)和缺陷都有利于增強(qiáng)吸附性，其表面的含氧官能團(tuán)、吡啶N和石墨C可作為活性位點(diǎn)，增強(qiáng)SDZ和TC的降解效率。此外，SC具有良好的可重復(fù)使用性和高效率，在高效去除實(shí)際廢水中不同種類抗生素方面具有很大的潛力。

結(jié)果分析

圖1  SC/PS體系活化機(jī)制示意圖

采用TEM和SEM技術(shù)觀察SC材料形貌，熱重方法評估SC材料的熱穩(wěn)定性。顯然，SC展現(xiàn)出優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和耐高溫性。采用拉曼光譜技術(shù)分析SC的結(jié)構(gòu)特征，SC材料1350 cm^-1（D帶）和1600 cm^-1（G帶）的拉曼峰位與材料結(jié)構(gòu)有關(guān)，峰強(qiáng)比I_D/I_G可用于表征SC材料的石墨化程度。

圖2  SC的SEM圖（降解前a和降解后b)；TEM圖(c)和HRTEM圖(d)

圖3  SC的(a) TG圖，(b)拉曼光譜，(c) N₂吸附-解吸等溫線與孔徑分布曲線(插圖)以及(d) FT-IR光譜

本文系統(tǒng)評估了PS和SC用量、初始pH值、溫度、無機(jī)陰離子和NOM等多種實(shí)驗(yàn)參數(shù)對SDZ和TC降解效率的影響，并結(jié)合淬滅實(shí)驗(yàn)和電子自旋共振確定了主要的活性氧成分，提出了SC對PS的活化機(jī)制以及SC/PS體系的降解途徑，并采用費(fèi)氏弧菌評估了降解液的急性毒性。

圖4  PS (a, b) 和SC (c, d) 用量對 (a, c) SDZ和 (b, d) TC降解效率的影響

圖5 pH (a, b)和溫度(c, d)與SDZ（a, c）和TC（b, d）降解效率關(guān)系圖

圖6 (a) SC/PS體系中TOC和毒性的變化；(b) SC活化PS催化降解SDZ和TC的可重復(fù)利用性；實(shí)際廢水中(c) SDZ和(d) TC的降解效率

文章信息

本文以“Semi-coke activated persulfate promotes simultaneous degradation of sulfadiazine and tetracycline in a binary mixture" 為題，發(fā)表在Chemical Engineering Journal，蘭州大學(xué)禹敏為第一作者，蘭州大學(xué)周雷副教授和鄭易安教授為通訊作者。

課題組簡介

周雷，博士，副教授，碩土生導(dǎo)師。2003年本科畢業(yè)于蘭州大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，2008年于蘭州大學(xué)獲博士學(xué)位。2008年7月起在蘭州大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院工作至今，2013年3月-2014年3月在美國俄荷拉荷馬大學(xué)化學(xué)與生物化學(xué)系從事博士后研究。主要從事分析化學(xué)、分離科學(xué)等領(lǐng)域的教學(xué)與科研工作，研究興越集中在毛細(xì)管電泳與微流控分析，新型功能材料在分析化學(xué)中的應(yīng)用、考古化學(xué)等方面。主持國家自然科學(xué)基金2項(xiàng)，參與國家自然科學(xué)基金重大科研儀器研制項(xiàng)目1項(xiàng)；在Analytical Chemistry，Environmental Science & Technology等期刊發(fā)表研究論文60余篇?！吨袊瘜W(xué)快報(bào)(Chinese Chemicalletters)》青年編委(第一、二屆)，《分析測試學(xué)報(bào)》青年編委，中國生物檢測監(jiān)測產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟理事，中國儀器儀表學(xué)會分析儀器分會青年工作者委員會委員。

鄭易安，蘭州大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師。研究領(lǐng)域?yàn)樗廴究刂?，研究方向包括：環(huán)境吸附與催化材料、環(huán)境分析與污染控制、新型污染物界面過程。曾獲盧嘉錫青年人才獎，入選江蘇省“雙創(chuàng)博士"和中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會會員。環(huán)境科學(xué)學(xué)會水處理與回用專業(yè)委員會委員、Chinese Chemical Letters第三屆青年編委，《安全與環(huán)境學(xué)報(bào)》青年編委。主持國家自然科學(xué)基金3項(xiàng)、省部級人才類項(xiàng)目3項(xiàng)、甘肅省自然科學(xué)基金-重點(diǎn)項(xiàng)目1項(xiàng)，另主持/參與科技部863項(xiàng)目等10余項(xiàng)；在Environmental Science & Technology等期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文100余篇，被引用4000余次，h-指數(shù)36；參編專著1本(科學(xué)出版社)，英文書2章；甘肅省自然科學(xué)獎1項(xiàng)。

產(chǎn)品信息

本研究中拉曼光譜數(shù)據(jù)使用北京卓立漢光儀器有限公司的Finder系列激光顯微共聚焦拉曼光譜儀檢測，如需了解該產(chǎn)品，歡迎咨詢。

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