电化学氧化-真空紫外协同强化磺胺甲噁唑矿化效能与机制研究

本文推荐一种结合电化学氧化(EO)与真空紫外(VUV185)的高级氧化工艺(AOPs)，用于高效矿化抗生素磺胺甲噁唑(SMX)。研究表明，单独EO或VUV185处理虽能快速降解SMX，但总有机碳(TOC)去除率有限(≤59%)；而EO–VUV185组合工艺在优化条件下(pH?7→pH?3)可实现95.1%的TOC去除率，通过互补机制有效降解顽固性芳香族中间体，为抗生素深度净化提供新策略。

　　

EO过程

初始pH和阳极电流密度对SMX的去除与矿化有显著影响。电化学氧化(EO)在测试pH范围内均能在2小时内完全去除SMX（图S1）。然而，中性pH条件下的表观降解速率常数（pH?7时为0.0795?min^?1）高于酸性条件（pH?3时为0.040?min^?1，pH?5时为0.0394?min^?1）（图1）。相应地，最高的矿化效率（53.23%）也在pH?7时观察到。增加阳极电流密度从10 mA·cm^?2到30 mA·cm^?2提升了SMX降解速率和TOC去除率，但进一步增加至50 mA·cm^?2则因副反应导致效率下降。荧光激发-发射矩阵光谱结合平行因子分析(EEM-PARAFAC)揭示了EO处理过程中产生的类腐殖质和类富里酸荧光物质，表明形成了复杂的芳香族中间体。高效液相色谱-质谱联用(HPLC-MS)和傅里叶变换离子回旋共振质谱(FT-ICR-MS)分析进一步证实，EO主要生成具有聚合倾向的芳香族和类腐殖质中间体，这些中间体对进一步的EO氧化具有抗性，但能被后续的VUV₁₈₅光解有效降解。

VUV₁₈₅过程

VUV₁₈₅ irradiation在酸性条件下表现出更高的矿化效率。在pH?3时，VUV₁₈₅单独处理实现了59%的TOC去除率。VUV₁₈₅光解主要通过高能光子直接裂解化学键和产生·OH自由基来降解污染物。EEM-PARAFAC分析显示VUV₁₈₅处理产生的中间体荧光特征与EO不同，主要为低分子量、饱和的化合物，耦合反应较少。HPLC-MS分析表明VUV₁₈₅倾向于通过开环反应和氧化反应生成小分子羧酸类物质，这些物质通常更容易被进一步矿化。

EO–VUV₁₈₅组合过程的协同机制

EO和VUV₁₈₅的顺序组合展现了显著的协同效应。最优策略为先EO(pH?7)后VUV₁₈₅(pH?3)，该序列实现了高达95.1%的TOC去除率。研究发现，EO预处理生成的聚合物中间体在后续VUV₁₈₅阶段发生了有效的解聚和光降解。而对于VUV₁₈₅首先生成的饱和及高度氧化的中间体，EO后处理则能促进其进一步的裂解和氧化。这种互补机制确保了不同特性的中间体都能被有效去除，从而实现了近乎完全的矿化。质谱分析证实，组合过程几乎消除了所有可检测到的中间体产物，显著降低了环境风险。

结论

本研究证明了电化学氧化(EO)和真空紫外(VUV₁₈₅)组合工艺在强化抗生素磺胺甲噁唑(SMX)矿化方面的巨大潜力。两种技术通过靶向降解对方产生的顽固中间体，发挥了协同增效作用。该策略为应对抗生素污染及其转化产物带来的环境风险提供了一种高效、深入的解决方案。