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为明确抗生素分子结构对 Fe (Ⅱ) 催化水铁矿（Fh）转化及抗生素降解机制的影响，研究人员以含氟恩诺沙星（ENO）及其类似物吡哌酸（PPA）为对象，发现 ENO 体系 Fh 转化量是 PPA 的 2.8 倍，降解率高 1.13 倍，揭示了氟代基通过影响 Fe (Ⅱ) 吸附和电子转移促进转化与降解。
在自然环境中，抗生素与矿物的相互作用深刻影响着污染物的归趋。水铁矿（Ferrihydrite, Fh）因其高比表面积和强吸附能力，常与抗生素共存。在还原条件下，Fe (Ⅱ) 可催化水铁矿转化为更晶质的矿物，如针铁矿（Goethite）和赤铁矿等。然而，抗生素分子结构，尤其是氟化取代基，如何影响 Fe (Ⅱ) 催化的水铁矿转化过程及抗生素降解机制，长期以来尚不明确。这一知识缺口制约了我们对含氟抗生素环境行为的精准预测与有效管控。
为填补这一空白，国内研究团队开展了相关研究。研究成果发表在《Ecotoxicology and Environmental Safety》上。
研究人员采用的关键技术方法包括：通过 Schwertmann 和 Cornell 法合成水铁矿，在厌氧手套箱中进行水铁矿转化实验，运用 X 射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X 射线光电子能谱（XPS）等手段对固体矿物进行表征，利用高效液相色谱（HPLC）测定抗生素浓度，借助质谱分析降解产物结构。
3.1 恩诺沙星和吡哌酸对 Fe (Ⅱ) 催化水铁矿转化速率及产物的影响
XRD 和红外光谱分析表明，在 ENO 体系中，水铁矿转化起始时间早于 PPA 体系（10 h vs 24 h），且转化程度更高。反应 360 h 后，ENO 体系中 60% 的水铁矿转化为针铁矿，而 PPA 体系总转化率仅为 22%。SEM 观察显示，ENO 体系中形成簇状针铁矿和少量板状纤铁矿，PPA 体系则以水铁矿和菱形针铁矿为主。结果表明，氟化取代基显著加速水铁矿转化并影响产物晶型。
3.2 恩诺沙星和吡哌酸在 Fe (Ⅱ) 催化水铁矿转化过程中的分布模式
ENO 总降解率达 74.3%，是 PPA 的 1.13 倍。抗生素在矿物内部的浓度显著高于上清液和吸附态，ENO 在矿物内部的平均浓度为 PPA 的 1.2 倍。降解主要发生在矿物内部，ENO 的矿物内降解率达 95.6%，而 PPA 为 74.6%。表明氟化取代基可能通过影响抗生素在矿物中的分布促进降解。
3.3 恩诺沙星和吡哌酸在 Fe (Ⅱ) 催化水铁矿转化过程中的降解途径及产物
ENO 降解涉及羟基化、脱羧和哌嗪环氧化，生成 9 种产物（如 TP-352、TP-278）；PPA 则主要发生哌嗪环断裂和喹诺酮环氧化，生成 5 种产物。ENO 的阳离子形式更易发生羟基化和脱氟，而 PPA 的降解集中于哌嗪环。 Frontier 分子轨道理论显示，ENO 的分子反应活性更高（ΔE=4.1747 eV vs PPA 的 4.3958 eV），与降解效率一致。
3.4 氟化取代基在 Fe (Ⅱ) 催化水铁矿转化及抗生素降解中的作用
氟化取代基通过增强 Fe (Ⅱ) 吸附（ENO 体系吸附态 Fe (Ⅱ) 浓度更高）和电子转移效率加速水铁矿转化。同时，针铁矿作为半导体，其导带电子参与 ENO 降解。此外，氟化取代基使 ENO 更易与 Fe (Ⅲ) 发生电子转移，生成 ENO 自由基（ENO+•），促进降解。矿物内部的 ENO 可通过吸附态 Fe (Ⅱ) 与结构 Fe (Ⅲ) 的电子转移直接降解。
4. 结论与意义
本研究证实，氟化取代基通过调控 Fe (Ⅱ) 吸附、抗生素 - 矿物相互作用及电子转移过程，协同促进水铁矿转化和含氟抗生素降解。ENO 体系中更高的针铁矿生成量进一步强化了降解效率。研究结果为理解含氟抗生素在自然环境中的归趋提供了新视角，揭示了分子结构 - 矿物转化 - 污染物降解的关联机制，为抗生素污染的环境风险评估与修复技术开发提供了关键科学依据。未来研究可进一步探索其他功能基团对矿物 - 污染物相互作用的影响，以完善环境污染物行为预测模型。
