基于紫外光激活三氯异氰尿酸的氟甲喹降解机制研究及其在水污染治理中的应用

推荐 为解决氟甲喹（FLU）在水体和土壤中的持久性污染问题，研究人员开展了紫外光（UV）激活三氯异氰尿酸（TCCA）的高级氧化技术研究。结果表明，该系统显著提升了FLU的降解效率，最高可达95.4%，并通过生成羟基自由基（·OH）和氯单氧化自由基（·ClO）实现污染物的深度矿化。此研究为抗生素污染治理提供了创新解决方案，具有重要的环境与公共卫生意义。

　　

论文解读
近年来，氟甲喹（FLU）等氟喹诺酮类抗生素（FQs）因其在畜牧业和水产养殖中的广泛使用而成为环境新兴污染物。这类化合物具有极高的化学稳定性，难以通过自然降解过程消除，导致其在水体和土壤中的残留浓度持续升高。研究显示，FLU在水体中的半衰期可达数周至数月，其残留不仅会诱导抗生素抗性基因（ARGs）的产生，还可能通过食物链传递对生态系统和人类健康构成双重威胁。然而，传统污水处理技术如吸附、生物降解等对FLU的处理效率低下，且易产生毒性更强的副产物。因此，开发高效、环保的FLU降解技术成为当前环境科学领域亟待解决的关键问题。

针对这一挑战，中国科研团队创新性地提出了一种基于紫外光（UV）激活三氯异氰尿酸（TCCA）的高级氧化技术。TCCA作为一种含氯消毒剂，具有高稳定性和可控的氯释放特性，在紫外光照射下可生成多种活性氧物种（RSs），包括羟基自由基（·OH）和氯单氧化自由基（·ClO）。研究团队通过系统的实验验证了UV/TCCA系统在FLU降解中的显著优势。

在实验设计方面，研究人员首先评估了UV/TCCA系统的初始活性。结果表明，当TCCA浓度为1 mg·L^-1时，FLU的去除率即从单独UV处理的不足10%提升至29.0%，而当浓度增至7 mg·L^-1时，降解效率高达95.6%。进一步研究发现，该系统的降解性能受pH值影响显著，在酸性条件下（pH=5），·OH的生成占主导地位，而随着pH升高至9，·ClO的浓度达到峰值，较pH=5时高出1.7倍。通过电子顺磁共振（EPR）分析和淬灭实验，研究确认了·OH和·ClO为主要的活性物种。

为深入探究FLU的降解机制，研究人员采用密度泛函理论（DFT）对FLU分子结构进行优化，并结合液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）分析其降解路径。结果显示，FLU主要通过脱氟、脱羰基和氯取代等途径实现矿化。值得注意的是，降解产物的生态毒性显著降低，表明该技术不仅高效且环境友好。

这项研究的意义在于，UV/TCCA系统突破了传统AOPs技术的局限性，展现出对FLU的高效降解能力和广泛的适用性。其反应条件温和（pH范围广）、氧化剂稳定性高，且副产物毒性低，为实际水处理工程提供了可靠的技术支撑。此外，研究还揭示了pH值对活性物种分布的关键调控作用，为优化AOPs系统设计提供了理论依据。

在技术方法上，研究团队依托紫外光催化反应装置，结合EPR、LC-MS/MS及DFT计算等多学科手段，系统解析了UV/TCCA系统的反应动力学及降解路径。实验结果表明，该系统在10分钟内即可实现FLU的高效去除，其降解效率分别是单独UV和TCCA处理的38.61倍和48.39倍。

综上所述，UV/TCCA技术为解决FLU污染问题提供了创新性解决方案。其高效性、环境友好性及可扩展性使其在水处理领域具有广阔的应用前景。未来研究可进一步探索该系统对其他FQs类抗生素的处理效能，并优化其在实际工程中的操作参数，以推动其在环境修复中的大规模应用。