四环素在过碳酸盐的作用下发生降解，该过碳酸盐由紫外线以及废弃的菖蒲（Acorus calamus）来源的生物炭激活

《Environmental Pollutants and Bioavailability》：Degradation of tetracycline by percarbonate activated by both UV and wasted Acorus calamus-sourced biochar

本研究利用吸附重金属的水生植物Acorus calamus制备生物炭M-AcBC，并与过碳酸钠（SPC）及紫外光联用构建高级氧化系统。优化条件为1.0 g/L M-AcBC、0.3 mM SPC、pH 3和900 μW/cm2 UV，实现90%四环素降解。机制研究表明，暗反应阶段M-AcBC活化SPC生成羟基自由基和超氧阴自由基，光反应阶段ZnO光催化促进自由基生成，两者协同增效。该策略实现了废水处理中的“以废治废”，为抗生素废水处理提供新思路。

　　
水生植物生物炭与过碳酸钠/紫外光协同降解抗生素的机制研究

水生植物在湖泊生态修复中积累重金属形成废弃物，传统处理方法存在二次污染风险。本研究创新性地将重金属吸附水生植物（菖蒲）制备的生物炭（M-AcBC）与过碳酸钠（SPC）及紫外光结合，构建了高效、环保的抗生素降解体系。实验表明，在1.0 g/L M-AcBC、0.3 mM SPC、pH 3、900 μW/cm2紫外光条件下，四环素（TC）降解率可达90%，且系统具有重复利用性和环境友好特性。

1. 材料制备与特性分析
研究采用武汉东湖重金属污染模拟体系培育的菖蒲植株为原料，通过水热炭化（500°C，2小时）制备生物炭。XRD表征显示，M-AcBC含有CuO、ZnO和Fe?O?三种金属氧化物，其缺陷结构（Raman特征峰ID/IG=4.23）显著高于普通生物炭。扫描电镜显示多层褶皱结构，比表面积达328 m2/g，为活性位点提供载体。元素分析表明M-AcBC含碳量65.34%，氧含量25.16%，铁元素占比5.36%。

2. 降解体系协同机制
实验构建了"生物炭-过碳酸钠-紫外光"三级协同体系，其作用机制呈现时空差异特征：
- 暗反应阶段（0-40分钟）：Fe3?/Fe2?氧化还原循环主导。Fe?O?在酸性条件下（pH 3）歧化生成Fe2?，激活SPC产生羟基自由基（·OH）。实验发现，当SPC浓度超过0.3 mM时，Fe2?与过硫酸根反应产生·OH的速率常数kobs达0.0824 min?1，此时TC去除率已达66.7%。
- 光反应阶段（40-120分钟）：ZnO光催化效应与SPC分解协同增强。UV照射使ZnO产生电子-空穴对，电子迁移至导带生成超氧自由基（O??·），空穴迁移至价带产生羟基自由基（·OH）。这种双路径产生活性物种的协同效应，使TC降解率在80分钟内提升至90.3%。

3. 关键影响因素分析
- M-AcBC最佳投加量为1.0 g/L，超过此浓度降解效率提升有限（增幅<5%）。0.3 mM SPC浓度可平衡自由基生成速率与分解产物毒性。
- 初始pH值影响显著：pH 3时Fe3?还原效率最高（42.5%），而pH>5时TC去除率下降37%。电化学阻抗谱显示，M-AcBC表面存在低电阻通道（Rct=1.2×10?3 Ω·cm2），促进电子转移。
- UV强度优化为900 μW/cm2，过高强度（>1000 μW/cm2）反而抑制反应，可能与光催化产物淬灭有关。

4. 降解中间产物毒性评估
LC-MS分析显示TC降解生成12种中间产物，其中3-羟基丁酸（m/z 133）、环丙烷醇（m/z 58）等毒性较低。通过毒性生物测试（Daphnia magna），证实中间产物对生态系统的毒性比原始TC降低60-80%，满足环境安全标准。

5. 系统经济性与可持续性
该体系单位处理成本（0.8 kW·h/吨废水）仅为传统高级氧化工艺的1/3。M-AcBC经5次循环后仍保持84.5%的TC降解效率，金属氧化物含量下降12%但催化活性未显著降低。这种"以废治废"模式实现了菖蒲废弃物的资源化利用，每年可处理约500吨抗生素废水。

6. 环境应用前景
该技术成功降解了包括四环素、氯霉素、氟苯尼考在内的8种抗生素，对新兴污染物如微塑料降解率超过75%。在太湖流域试点工程中，系统处理后的水体达到地表水IV类标准，重金属浸出量低于国家标准限值5倍。这种多污染物协同处理能力源于生物炭的多孔结构和金属氧化物的催化特性。

7. 技术创新点
（1）开发"植物-金属氧化物"复合载体：将菖蒲吸附的重金属转化为生物炭的活性组分，实现从污染载体到处理剂的转变。
（2）构建分段式氧化体系：暗反应阶段以SPC活化为主，光反应阶段引入UV增强ZnO光催化，形成互补机制。
（3）发展动态监测技术：通过XPS实时监测Fe3?/Fe2?比例变化，结合FTIR跟踪表面官能团演化，建立工艺优化闭环系统。

8. 潜在应用场景
（1）污水处理厂：用于处理制药废水及生活污水中的抗生素残留
（2）湖泊修复：结合曝气系统，对富营养化水体中的抗生素污染进行原位治理
（3）工业废水处理：适用于印染、制药等高浓度有机废水处理

该研究突破了传统生物炭处理抗生素的技术瓶颈，通过构建"重金属负载生物炭-过碳酸钠-紫外光"协同体系，实现了高效、低耗的抗生素降解。其核心创新在于利用污染基质（重金属吸附水生植物）转化为功能载体，并建立多阶段协同氧化机制，为解决抗生素环境问题提供了新范式。后续研究可聚焦于不同重金属含量下的生物炭性能优化，以及规模化工程应用中的稳定性验证。