磁性氮掺杂生物炭强化降解磺胺二甲嘧啶：性能评估与机理揭示

本文系统阐述了以烟草秸秆为原料、高铁酸钾为活化剂/铁源制备磁性N掺杂生物炭（H-Fe-N@BC）的新策略。该材料通过Fe3N负载实现磁分离功能，并协同C=O/石墨氮位点激活过硫酸盐（PS），在宽pH范围内高效降解磺胺二甲嘧啶（SMT）。研究揭示了O2·?主导的自由基与1O2/电子转移主导的非自由基协同降解机制，为抗生素污染治理提供新材料与理论支撑。

　　

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Materials

实验材料包括来自贵州毕节农业废弃物的烟草秸秆（TS）。高铁酸钾（K₂FeO₄）、尿素、磺胺二甲嘧啶（SMT）、高效液相色谱级乙腈（ACN）等试剂购自阿拉丁化学（上海），过硫酸钾（PS）、甲醇（MeOH）、叔丁醇（TBA）等由上海泰坦科技提供。

Physicochemical properties of the prepared biochars

通过扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）对生物炭结构进行表征（图1及图S1）。原始生物炭（BC）表面粗糙且孔结构无序（图1a-b），而经K₂FeO₄活化后的H-Fe@BC呈现更丰富的孔隙结构（图1c-d），这为污染物吸附与反应提供了更多活性位点。

Conclusions

磁性N掺杂生物炭（H-Fe-N@BC）通过高铁酸钾活化和氮源修饰，成功构建了比表面积高达1627.30 m²/g的微孔-介孔复合结构。酸洗处理显著提升了材料对SMT的吸附与催化性能，在pH 3-9范围内均保持优异降解能力。研究明确C=O、石墨氮和Fe₃N是激活PS降解SMT的关键活性位点，为废弃生物质资源化与抗生素污染控制提供了创新解决方案。