近中性pH条件下Fenton工艺中四环素类抗生素的意外降解机制与废水处理新策略

针对Fenton工艺在近中性pH条件下对有机污染物降解效率低的关键瓶颈，研究人员通过发现四环素类抗生素(TCs)在pH 5.0-7.0范围内的异常降解现象，揭示了Fe(Ⅱ)-TCs复合物介导的电子转移机制，证实BCD环结构的关键作用。该研究为开发基于污染物特性的废水处理技术提供了新思路，突破传统Fenton工艺的pH限制。

　　

（论文解读）
抗生素污染治理面临严峻挑战，四环素类抗生素(TCs)因其在环境中的持久性和生物累积性备受关注。传统Fenton工艺虽能有效降解污染物，但苛刻的酸性条件(pH 2.0-4.0)导致运行成本高昂，而近中性条件下因活性氧物种从HO^•
转变为氧化能力较弱的Fe(IV)、铁离子沉淀等问题，使得降解效率急剧下降。现有扩展pH范围的方法如引入螯合剂存在二次污染风险，亟需开发更环保的解决方案。

针对这一难题，中国研究人员在《Journal of Hazardous Materials》发表的研究取得突破性发现：无需外加能量或化学试剂，TCs在近中性pH(5.0-7.0)的Fenton体系中呈现异常高效降解，而苯酚等常见污染物却难以降解。通过UV光谱、¹
H NMR、络合常数计算及转化产物分析等多维度证据链，揭示Fe(Ⅱ)-TCs络合物的形成驱动了H₂
O₂
与TCs间的电子转移过程，其中TCs分子BCD环的特定结构发挥关键作用。该机制对水体常见干扰物表现出显著抗性，为靶向降解含络合基团污染物提供了新范式。

关键技术方法包括：采用20 mM醋酸盐缓冲体系控制pH 5.0-7.0反应条件；通过动力学实验监测TCs降解及Fe(Ⅱ)/H₂
O₂
消耗规律；结合光谱技术和产物鉴定解析反应机制；评估水体基质对降解效率的影响。

【Degradation of TCs in the Fenton process under near-neutral pH conditions】
实验显示pH 6.5时，单独Fe(Ⅱ)/Fe(III)仅通过络合作用去除约15%四环素(TTC)，而Fe(Ⅱ)/H₂
O₂
体系30分钟内降解率达92.8%，显著高于Fe(III)/H₂
O₂
体系(40%)，证实Fe(Ⅱ)-TCs络合物的独特活性。

【Conclusions】
研究阐明TCs在近中性Fenton体系中的降解归因于Fe(Ⅱ)-TCs络合物诱导的电子转移机制，BCD环是决定降解效率的关键结构域。该过程对水体干扰物不敏感，突破了传统Fenton工艺的pH限制。

【Environmental implication】
该发现为开发基于污染物特性的废水处理技术开辟新途径，特别适用于含氮/氧配位基团的有机污染物，实现"以废治废"的绿色治理理念。国家自然科学基金(22025601、22206050)和上海市科技创新行动计划(22dz1202300)支持了该研究。