镍钴双金属修饰埃洛石纳米管富集氧空位高效活化过一硫酸盐降解诺氟沙星研究

针对水体中抗生素污染难题，山东某研究团队通过水浴-煅烧结合NaBH4 蚀刻法，成功构建富含氧空位(OVs)的NiCo2 O4 /埃洛石复合催化剂。该材料通过促进电子转移高效活化PMS，实现94.3%诺氟沙星(NOR)降解率，反应速率常数达0.4010 min-1 ，且循环稳定性优异。研究为天然矿物载体与缺陷工程协同提升高级氧化技术提供了新思路。

　　

抗生素滥用引发的环境健康危机日益严峻，诺氟沙星(NOR)作为典型氟喹诺酮类抗生素，在自然水体中的残留已威胁到生态系统和人类健康。传统水处理技术难以有效降解这类持久性污染物，而高级氧化工艺(AOPs)因其能产生强氧化性自由基成为研究热点。其中，过一硫酸盐(PMS)活化技术因能产生氧化能力达2.5-3.1 V的硫酸根自由基(SO₄
^•-
)而备受关注。然而，现有过渡金属催化剂存在活性位点有限、易团聚失活等问题，制约着实际应用效能。

山东某研究团队创新性地将天然埃洛石纳米管载体与缺陷工程策略相结合，在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表研究成果。通过水浴-煅烧法制备NiCo₂
O₄
/埃洛石复合材料后，采用NaBH₄
蚀刻引入氧空位(OVs)，构建出OVs-NiCo₂
O₄
/halloysite-30%催化剂。研究证实，该材料通过加速Ni(II)/Ni(III)和Co(II)/Co(III)氧化还原循环，显著提升PMS活化效率，40分钟内实现94.3%的NOR降解率，反应速率常数达0.4010 min^-1
，是未改性体系的11.7倍。

关键技术包括：X射线衍射(XRD)分析晶体结构、电子顺磁共振(EPR)检测氧空位、电化学阻抗谱(EIS)评估电荷传输性能、高效液相色谱-质谱联用(HPLC-MS)解析降解路径。通过自由基淬灭实验和X射线光电子能谱(XPS)揭示了非自由基途径主导的降解机制。

【Characterization】
XRD证实成功合成NiCo₂
O₄
尖晶石结构，埃洛石载体特征峰清晰可见。EPR检测到g=2.003的特征信号，确证氧空位存在。XPS显示OVs样品中金属价态比例改变，Co²⁺
/Co³⁺
和Ni²⁺
/Ni³⁺
氧化还原对更活跃。

【Degradation Performance】
对比实验显示，含30%埃洛石的OVs改性样品降解效率最优，反应速率常数较纯NiCo₂
O₄
提升11.7倍。四次循环后仍保持80%以上活性，凸显结构稳定性。EIS测试表明OVs使电荷转移电阻降低85%，证实电子传输增强。

【Mechanism Analysis】
淬灭实验证实单线态氧(¹
O₂
)是主要活性物种，其选择性氧化特性赋予体系强抗干扰能力。HPLC-MS鉴定出NOR的两种降解路径：哌嗪环断裂和喹诺酮核心羟基化。

该研究开创性地将天然矿物载体与缺陷工程相结合，不仅解决了过渡金属催化剂易团聚、活性位点少的瓶颈问题，更通过氧空位调控实现了电子传输效率的突破性提升。提出的非自由基主导降解机制为设计抗干扰水处理系统提供了新范式，而埃洛石载体的低成本特性使技术具备规模化应用潜力。研究成果对治理抗生素污染、遏制耐药基因传播具有重要实践价值，为绿色水处理材料开发开辟了新方向。